DE69125217T2

DE69125217T2 - Elektrostatische Sprühvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE69125217T2
Application number: DE69125217T
Authority: DE
Inventors: John James Chambers; Timothy James Noakes; Brian Reed
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: DK0468736T3; CA2047852C; HK1006549A1; ES2099136T3; JP3255434B2; DE69125217D1; EP0468736A1; ATE150340T1; EP0468736B1; GR3023351T3; JPH05131160A; US5222664A; CA2047852A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Sprühvorrichtungen für Flüssigkeiten.
Im großen und ganzen benutzen derartige Vorrichtungen eine Gleichstromhochspannungsquelle, um die Teilchen des flüssigen Sprühmitteis elektrostatisch auf zuladen. Aus dem U.S.-Patent 1958406 ist jedoch bekannt, daß eine Wechselspannungsquelle in Verbindung mit einer elektrostatischen Sprühvorrichtung eingesetzt wird, aber es gibt keine klare Aussage zur angewandten Frequenz. Der allgemeine Inhalt der Offenbarung besagt, daß die angewandte Frequenz die Netzfrequenz ist, d.h., 60 Hz in den USA.
Aus dem UK-Patent Nr. 2128900 ist ebenfalls bekannt, daß eine hebelbetätigte Sprühvorrichtung bereitgestellt wird, bei der ein zerstäubtes Sprühmittel von einer Düse durch Drücken des Hebels erzeugt wird. Diese Vorrichtung umfaßt eine Nadelelektrode, die an der oder benachbart zur Düse angeordnet ist, und an die Nadelelektrode wird eine Hochspannung angelegt, um das Sprühmittel zu ionisieren, das aus dem Ausgang der Düse austritt. Bei einer Ausführung ist der Spannungsgenerator ein piezoelektrischer Typ, und das abwechselnde Drücken und Freigeben des Hebels führt zu Hochspannungsimpulsen von aufeinanderfolgender entgegengesetzter Polarität, die an die Elektrode angelegt werden. Während des Drückens wird das Sprühmittel erzeugt, und die resultierenden Tröpfchen werden durch die Koronaentladung von der Elektrode aufgeladen. Während des Freigebens wird kein Sprühmittel erzeugt, aber die Hochspannung an der Nadel kann die Polarität umkehren, um eine Koronaentladung zu bewirken, die dazu dienen kann, die statische zu eliminieren oder zu modifizieren, wenn die Vorrichtung bei bestimmten Anwendungen eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß gewisse Vorteile aus der Anwendung von Wechselspannungsquellen durch eine geeignete Auswahl der Frequenz der Quelle erhalten werden können.
Eines der Probleme der Anwendung einer elektrostatischen Sprühvorrichtung ist, daß der Bediener vor elektrischen Schlägen bewahrt wird, die als unangenehm wahrgenommen werden oder ein Risiko für den Bediener darstellen können. Beispielsweise, wenn eine elektrostatische Gleichstromsprühvorrichtung, die vollständig von Hand gehalten wird, eingesetzt wird (und daher, wo kein anderer Weg zur Erde vorhanden ist als der durch den Bediener hindurch), wenn der Bediener im wesentlichen von der Erde isoliert ist oder wird (beispielsweise im Ergebnis dessen, daß er auf einem Teppich aus synthetischen Fasern steht oder Schuhe trägt, die Sohlen aus isolierendem Material aufweisen), wird sich die Aufladung während des Sprühens auf dem Bediener speichern und, wenn der Bediener anschließend einen geerdeten Leiter berührt, wird er einen elektrischen Schlag erhalten. Derartige elektrische Schläge konnen den Bediener einem Risiko entweder durch die Größe der elektrischen Entladung selbst oder im Ergebnis einer unfreiwilligen Reaktion seitens des Bedieners als Reaktion auf die elektrische Entladung aussetzen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden eine elektrostatische Sprühvorrichtung, die eine Düse, eine Einrichtung für die Zuführung der Flüssigkeit zur Düse und eine Hochspannungsschaltung aufweist, die so angeordnet ist, daß beim Einsatz die Flüssigkeit, die in zerstäubter Form von der Düse versprüht wird, elektrostatisch aufgeladen wird, wobei die Hochspannungsschaltung einen Ausgang liefert, der zwischen den entgegengesetzten Polantäten mit einer Frequenz von nicht mehr als 10 Hz wechselt, so daß das Sprühmittel abwechselnd positiv und negativ in solch einer Weise aufgeladen wird, daß eine Schlagunterdrückung bewirkt wird, indem der Aufbau einer Ladung auf einer Person verhindert wird, die die Vorrichtung beim Sprühen hält; und ein Sprühverfahren entsprechend Anspruch 17 sowie ein Verfahren für das Bewirken einer Schlagunterdrückung entsprechend Anspruch 18 bereitgestellt.
Vorzugsweise ist die Frequenz nicht größer als 3 Hz, noch besser nicht größer als 1 Hz.
Vorzugsweise beträgt die Frequenz mindestens 0,05 Hz, noch besser mindestens 0,2 Hz.
In der Paxis wird die Wirksamkeit der Schlagunterdrückung in gewissem Umfang von der Beschaffenheit der zu versprühenden Flüssigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit abhängig sein. Eine Frequenz im Bereich von 0,2 bis 3 Hz wird gewöhnlich in den meisten Fällen geliefert. Frequenzen von weniger als 0,2 Hz können jedoch zufriedenstellend sein, vorausgesetzt, daß der spezifische Widerstand der Flüssigkeit nicht niedrig ist, und vorausgesetzt, daß die Strömungsgeschwindigkeit nicht hoch ist. Beispielsweise ermittelte man bei den durchgeführten subjektiven Versuchen, daß die Verwendung einer Flüssigkeit mit einem spezifischen Widerstand von etwa 5 x 10&sup6; Ohm.cm mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,8 ml/min. zu einem sehr schwachen Schlag bei einer Frequenz von 0,175 Hz führte, wohingegen bei Verwendung der gleichen Flüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,3 ml/min. die Frequenz auf 0,125 Hz verringert werden konnte, bevor ein schwacher Schlag von subjektiv der gleichen Größe zu verzeichnen war. Gleichermaßen konnte bei Verwendung einer Flüssigkeit mit einem spezifischen Widerstand von 1,4 x 10&sup7; Ohm.cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,3 ml/min. die Frequenz auf etwa 0,05 Hz verringert werden, bevor ein Schlag von subjektiv der gleichen Größe wie der zu verzeichnen war, auf die man sich vorangehend bezog.
Daher ist es durch geeignete Auswahl der Frequenz möglich, die Empfindung eines elektrischen Schlages durch den Bediener zu eliminieren oder zumindestens die Empfindung auf ein Niveau zu reduzieren, bei dem das Risiko eines Unfalles im Ergebnis einer unfreiwilligen Reaktion seitens des Bedieners verringert wird.
Die Hochspannungsschaltung kann zwei Hochspannungsgeneratoren, die Ausgänge von entgegengesetzter Polarität erzeugen, und eine Schalteinrichtung aufweisen, die so angeordnet ist, daß die Generatoren abwechselnd wirksam werden, um die Aufladung der Flüssigkeit zu bewirken, wobei die Frequenz der Schaltung nicht größer ist als die vorangehend angeführten Frequenzen.
Alternativ dazu wird in Erwägung gezogen, daß die Hochspannungsschaltung einen einzelnen Hochspannungsgenerator aufweisen kann, der einen bipolaren Ausgang erzeugt.
Entsprechend einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Hochspannungsschaltung bereitgestellt, die einen Spannungsvervielfacherkreis aufweist, der besitzt:
Eingangsklemmen für den Anschluß an eine Impulsspannungsquelle;
Ausgangsklemmen für das Liefern einer Ausgangsspannung, die bipolar und ein Mehrfaches der Spannung ist, die an die Eingangsklemmen angelegt wird;
zwei parallele Sätze von in Reihe geschalteten Kondensatoren, die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen geschaltet sind;
eine Vielzahl von paarigen bidirektionalen Schaltern, die die Sätze der Kondensatoren so miteinander verbinden, daß jede Verbindungsstelle zwischen den nacheinanderfolgenden Kondensatoren in einem der Sätze mit einem Paar der Schalter verbunden wird, die die Verbindungsstelle mit den entgegengesetzten Seiten eines Kondensators des anderen Satzes koppeln; und
eine Einrichtung für das Bewirken eines Wechselbetriebes der Schalter eines jeden Paares in einer Phasenbeziehung mit der Impulsspannungsquelle und für das periodische Verändern einer derartigen Phasenbeziehung, um zu bewirken, daß die Ausgangspannung an den Ausgangsklemmen zwischen den entgegengesetzten Polaritäten wechselt.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung so ausgelegt, daß eine oder mehrere Batterien mit geringer Leistung aufgenommen werden, die in einer wieder aufladbaren Ausführung vorliegen können, wobei eine Einrichtung für das Erzeugen einer Impulsspannung aus der Versorgungsspannung der Batterie vorhanden ist, damit diese an die Eingangsklemmen des Spannungsvervielfacherkreises angelegt werden kann. Eine Einrichtung kann ebenfalls bereitgestellt werden, um einen vorläufigen Vervielfachungsschritt zu bewirken, so daß die Größe der Impulsspannung, die an den Spannungsvervielfacherkreis angelegt wird, ein Mehrfaches der Versorungsspannung der Batterie ist.
Zweckmäßigerweise sind die bidirektionalen Schalter selbstkommutierend, d.h., wenn sie in den Zustand "eingeschaltet" getriggert werden, erfordern sie nicht, daß das Triggerungssignal beibehalten wird, damit sie eingeschaltet bleiben, sondern sie werden eingeschaltet bleiben, bis der Stromfluß durch den Schalter aufhört.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die Schalter durch Triacs gebildet, die selbstkommutierende Vorrichtungen sind.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Triacs um eine bekannte Ausführung, die durch optische Signale getriggert werden kann.
Man bevorzugt den Betrieb einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung mit einer Frequenz, die etwas niedriger ist als 10 Hz, weil die Frequenzen am höheren Ende des angegebenen Bereiches dazu neigen, Verunreinigungsprobleme hervorzurufen. Es scheint so zu sein, daß zum Zeitpunkt der Umschaltung eine Situation vorhanden ist, bei der die Düse beispielsweise ein negatives Potential aufweist und zu einer sich entfernenden Sprühmittelwolke mit positiver Polarität "hin sieht". Unter derartigen Umständen scheint es so zu sein, daß eine Tendenz besteht, daß das sich entfernende positive Sprühmittel in Richtung der Düse "zurückgezogen" wird, wobei die Gefahr einer Verunreinigung besteht. Ebenfalls, wenn die Frequenz erhöht wird, nimmt das Risiko einer Kollision zwischen einer neu austretenden Sprühmittelwolke mit einer Polarität und einer sich entfernenden Sprühmittelwolke von entgegengesetzter Polarität zu und daher die Bildung von größeren, entladenen Teilchen. Aus diesen Gründen wird in Erwägung gezogen, daß der optimale Betrieb der Vorrichtung bei einer Frequenz von nicht mehr als 5 Hz erfolgen wird.
Die Vorrichtung kann in einer Form vorliegen, die in geeigneter Weise in der Hand gehalten werden kann, und sie kann ein Gehäuse aufweisen, das einen Handgriffabschnitt umfaßt, wobei das Gehäuse die Düse hält und die Hochspannungsschaltung und eine Stromquelle aufnimmt. Der Handgriffabschnitt umfaßt zweckmäßigerweise einen Auslöser für das Ein- und Ausschalten des Sprühmittels.
Eine Ausführung der Erfindung wird jetzt mittels des Beispieles und mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer elektrostatischen Spritzpistole im Querschnitt, die die Erfindung verkörpert,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Hochspannungskreises der Pistole aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt eines Behälters für einen Einsatz in der Pistole aus Fig. 1,
Fig. 4 eine Ausführung eines Spannungsvervielfacherkreises für einen Einsatz bei der Erzeugung eines bipolaren Hochspannungsausganges in schematischer Darstellung und
Fig. 5 eine weitere Ausführung eines Spannungsvervielfacherkreises für einen Einsatz bei der Erzeugung eines bipolaren Hochspannungsausganges in schematischer Darstellung.
Die Erfindung kann in einer beliebigen Form ausgeführt werden, die für den Zweck geeignet ist, für den sie eingesetzt werden soll. Die gezeigte Ausführung hat die Form einer Spritzpistole.
Die Spritzpistole, die in Fig. 1 gezeigt wird, weist ein Gehäuse 2 und einen Handgriff 4 auf. Das Gehäuse 2 ist in der Form eines Rohres aus einem isolierenden Kunststoff vorhanden. Das Gehäuse ist an seinem Ende 6 außen mit einem Gewinde versehen, um eine Abschlußkappe 8 aufzunehmen, die ebenfalls aus einem Kunststoff bestehen kann, der aus der gleichen Gruppe ausgewählt wurde. Alternativ dazu kann die Abschlußkappe aus einem weniger isolierenden Material bestehen, beispielsweise aus einem mit dem Markennamen Tufnol Kite. Die Abschlußkappe 8 besitzt eine mittige Öffnung 10, durch die bei der Verwendung eine Düse 12 herausragt. Eine Einrichtung in der Form eines Behälters 14 ist für die Zuführung der zu versprühenden Flüssigkeit zur Düse vorhanden. Die Düse 12, die dauerhaft am Behälter 14 befestigt ist, weist einen Vorsprung 16 auf, der durch eine Aussparung 18 auf der Innenseite der Abschlußkappe aufgenommen wird, um dadurch die Düse genau mittig der Abschlußkappe anzuordnen. Der Behälter kann ausgewechselt werden, indem die Abschlußkappe entfernt wird.
Der Behälter wird mittels eines verflüssigten Treibmittels unter Druck gesetzt, das aus der zu versprühenden Flüssigkeit durch einen Metallfoliensack 19 (Fig. 3) abgetrennt wird. Die Zuführung der Flüssigkeit zur Düse 12 wird mittels des Ventils 20 ein- und ausgeschaltet, mit dem ein Durchgang 22 in der Düse in Verbindung steht. Wie im Falle einer Aerosoldose öffnet das Drücken des Ventils 20 entsprechend zum Behälter 14 hin das Ventil, wodurch gestattet wird, daß die Flüssigkeit aus dem Behälter durch das unter Druck stehende Treibmittel herausgetrieben und in den Durchgang 22 der Düse hineingetrieben wird. Eine innere Drosselung im Behälter 14 begrenzt die Strömungsgeschwindigkeit auf einen niedrigen Wert, beispielsweise 1 cm³ pro Minute, und so, daß die Flüssigkeit am Ausgang 24 der Düse mit einem sehr niedrigen Druck ankommt, der nicht ausreichend ist, um irgendeine oder eine bedeutende Zerstäubung im Falle von nicht wäßrigen Flüssigkeiten zu bewirken, oder so, daß nur eine schlechte Zerstäubung im Falle von wäßrigen Flüssigkeiten bewirkt wird. Die Düse kann isolierend oder halbisolierend sein. Man bevorzugt, daß die Düse isolierend ist, wobei sie aus einem Material hergestellt wird, das einen spezifischen Widerstand von mehr als 10¹&sup4; Ohm.cm aufweist. Beispiele für derartige Materialien sind ABS, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid, Akryl, Polykarbonat, Azetal. Die isolierenden Düsen verlassen sich darauf, daß die Flüssigkeit ausreichend leitend ist, damit der Spannungsabfall, der beim Einsatz durch die widerstandsbehaftete Wirkung der Flüssigkeit hervorgerufen wird, nicht so groß ist, daß die Spannung in der Düse auf einen Wert reduziert wird, der die Qualität des Sprühens verschlechtert oder verhindert. In den Fällen, wo die Flüssigkeit einen zu hohen spezifischen Widerstand aufweist, kann die Düse aus einem stärker leitenden Material hergestellt werden, so daß sie als Widerstand parallel zu dem Widerstand wirkt, der durch die Flüssigkeit gezeigt wird. Im extremen Fall einer stark isolierenden Flüssigkeit kann das Material der Düse einen spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup7; Ohm.cm aufweisen, wobei der spezifische Widerstand normalerweise über diesem Wert liegt. Keramische Materialien können mit derartigen Werten eines spezifischen Widerstandes hergestellt werden. Der Behälter 14 ist bei diesem Beispiel leitend.
Beim veranschaulichten Beispiel tritt ein einzelner Elementarfaden oder ein Flüssigkeitsband aus der Mündung der Düse aus. Bei anderen Beispielen kann die Düse ringförmig sein oder in der Form einer ebenen Schiene vorliegen, so daß eine Vielzahl von Flüssigkeitsbändern daraus austritt.
An dem Ende des Gehäuses 2, das von der Düse 12 abgelegen ist, befindet sich die Hochspannungsschaltung 26 in einem rohrförmigen Wagen 28. Der Wagen 28 ist verschiebbar im Gehäuse 2 angeordnet und wird von der Abschlußkappe 8 mittels einer Zugfeder 29 weg vorgespannt. Die Schaltung 26 weist einen Hochspannungsausgangs pol 30 auf, der mit einem Kontakt verbunden ist, der schematisch bei 32 gezeigt wird, um einen Kontakt mit dem leitenden Behälter 14 herzustellen. Der Ausgangspol 30 liefert einen wechselnden Ausgang, dessen Frequenz nicht größer ist als 10 Hz. Der andere Hochspannungsausgangspol stimmt mit einer Niederspannungszuführleitung 34 elektrisch überein und ist daher über einen Widerstand 36 mit einem Schleifstück 38 auf der Außenseite des Handgriffes 4 verbunden. Die Niederspannungszuführleitung ist mit einem Pol einer Batterie 40 verbunden. Der andere Pol der Batterie ist mit der Schaltung 26 durch eine weitere Niederspannungszuführleitung 42 über einen Mikroschalter 44 verbunden.
Das Ventil 20 wird beim Einsatz durch die relative Bewegung zwischen dem Behälter 14 und dem Gehäuse 2 geöffnet, wobei die Düse 12 in Beziehung zum Gehäuse stationär bleibt. Die Bewegung zur Betätigung des Ventils wird beim Behälter durch die Bewegung des Wagens 28 bewirkt. Dazu weist der Griff 4 einen Auslöser 46 auf, der, wenn er gedrückt wird, an einem Ende eines Hebels 48, der drehbar bei 50 montiert ist, zur Wirkung kommt. Die Bewegung des Hebels 48 wird durch ein Verbindungsglied 51 auf einen weiteren Hebel 52, der an einem Ende 54 drehbar montiert ist, übertragen. Ein mittlerer Abschnitt 56 des Hebels 52 drückt auf das Ende des Wagens 28, das vom Behälter 14 abgelegen ist, so daß, wenn der Auslöser 46 gedrückt wird, dessen resultierende Bewegung in eine Bewegung des Wagens und daher des Behälters in Richtung der Düse umgewandelt wird, so daß das Ventil 20 geöffnet wird. Während das geschieht, betätigt eine Verbindung 58 den Mikroschalter 44, so daß der Strom der Schaltung 26 zugeführt wird. Der Hochspannungsausgang von der Schaltung 26 wird auf diese Weise an den Behälter angelegt und somit auf die darin vorhandene Flüssigkeit. Die Hochspannung wird auf diese Weise zur Mündung der Düse über die Flüssigkeit im Fall einer isolierenden Düse geleitet, wo die elektrische Feldstärke ausreichend ist, um ein aufgeladenes Sprühmittel zu erzeugen. Im Falle einer halbisolierenden Düse trägt die Düse selbst zur Leitung bei.
Das Sprühmittel kann vorherrschend durch elektrostatische Kräfte gebildet werden, wobei die geeigneten Flüssigkeiten für einen derartigen Betrieb vorzugsweise einen spezifischen Widerstand im Bereich von 1 x 10&sup5; bis 5 x 10¹&sup0; Ohm.cm im Fall der nicht wäßrigen Flüssigkeiten aufweisen. Im Fall der stärker leitenden Flüssigkeiten und der wäßrigen Flüssigkeitssysteme kann ein Strahl mittels hydraulischem Druck erzeugt werden, selbst bei Nichtvorhandensein einer Hochspannung, die den Strahl in grobe Tröpfchen aufspaltet. Die Zuführung einer Hochspannung erzeugt ein elektrisches Feld, das den Strahl beschleunigt (wie im Fall der widerstandsfähigeren Flüssigkeiten) und das Sprühmittel verbessert, indem die Tröpfchengröße verringert wird, und, da sich gleiche Ladungen einander abstoßen, das Sprühmittel noch weiter zu einer Wolke ausgebreitet wird.
Beim Einsatz wird der Griff in einer Hand gehalten, und der Auslöser wird gedrückt, wie es vorangehend erklärt wird. Die Hand berührt das leitende Stück 38, um einen Erdrückschlußkreis zu liefern. Man wird verstehen, daß der Erdrückschlußweg optional ist, aber, wenn vorhanden, dazu dient, einen kapazitiven Widerstand mit Bezugnahme auf die Erde zur Verfügung zu stellen. Der Hochspannungskreis wird schematisch in Fig. 2 gezeigt. Das Schleifstück 38 wird über eine Person (der Bediener der Pistole) mit der Erde verbunden. Beim normalen Einsatz ist der Strom durch den Bediener hindurch zu klein, um daß er empfunden wird oder irgendeine Art von Gefahr mit sich bringt. Die Schaltung 26 weist ein Paar Hochspannungsgeneratoren 80 auf, die in einem Stromkreis mit der Batterie 40 und dem Mikroschalter 44 geschaltet sind. Jeder Generator 80 ist ebenfalls über die Leitung 34 und einen Widerstand 36 mit dem Schleifstück 80 verbunden. Die Generatoren 80 sind so angeordnet, daß sie an den Ausgängen 82, 84 eine hohe Gleichspannung, typischerweise in der Größenordnung von 15 kV, von entgegengesetzter Polarität zueinander liefern, und die Ausgänge 82, 84 sind über die Torschaltung 86 mit der Ausgangsleitung 30 verbunden, wobei die Torschaltung 86 so angeordnet ist, daß sie zwischen den Generatorausgängen 82, 84 mit einer Geschwindigkeit schaltet, die einen hohen Wechselspannungsausgang mit einer Frequenz bis zu 10 Hz liefern wird und im typischen Fall zwischen +15 kV und -15 kV liegt. Die Ausgangsleitung 30 ist mit dem Behälter 14 verbunden und somit über die darin vorhandene Flüssigkeit mit der Mündung der Düse 12. Die Flüssigkeit tritt aus der Düse in der Form eines Elementarfadens oder Bandes aus, das sich zu einem Sprühmittel aus aufgeladenen Tröpfchen 66 aufspaltet. Die aufeinanderfolgenden Sprühmittelwolken aus den Tröpfchen werden durch die wechselnden Generatoren 80 entgegengesetzt aufgeladen. Die Tröpfchen werden zu einem geerdeten Objekt 68 angezogen, das ein beabsichtigtes oder unbeabsichtigtes Ziel sein kann. Die Erde kann benutzt werden, um den Stromkreis durch den Bediener zu schließen.
Wenn die Vorrichtung benutzt wird, und wenn der Bediener im wesentlichen von der Erde isoliert ist und einen geerdeten Leiter berührt, verhindert die Anwendung einer hohen Wechselspannung den Aufbau einer Ladung auf dem Bediener von einer so ausreichenden Größe, daß sie als Schlag erlebt wird, oder, wenn es zu einem Schlag kommt, wird es nicht ein Schlag sein, der zu einer unfreiwilligen Reaktion der Person in beachtlichem Ausmaß führt. Ebenfalls kann durch Begrenzen der Frequenz des Wechselstrompotentials so, daß sie nicht größer als 10 Hz (noch besser nicht größer als 3 Hz) ist, die unerwünschte Verunreinigung, die sich aus dem "Zurückzieheffekt" ergibt, der vorangehend erwähnt wurde, verringert oder minimiert werden.
Bei der Ausführung, die in Fig. 2 gezeigt wird, weist die Hochspannungsschaltung zwei Hochspannungsgeneratoren auf, die Ausgänge mit entgegengesetzter Polarität erzeugen. Fig. 4 zeigt zeichnerisch einen bipolaren Hochspannungskeis, der den Spannungsgenerator bilden kann, der in Fig. 1 gezeigt wird. Bei dieser Ausführung wird die Erzeugung eines bipolaren Hochspannungsausganges mittels des modifizierten Cockroft-Walton- Spannungsvervielfacherkreises bewirkt. Ein konventioneller Cockcoft-Walton-Vervielfacher weist zwei parallele Sätze von in Reihe geschalteten Kondensatoren mit Dioden auf, die die zwei Sätze miteinander verbinden, wodurch der maximale Wert Vi einer Eingangsspannung zum Vervielfacher in einen einpoligen Ausgang nVi umgewandelt wird, worin n der Anzahl der Dioden/Kondensator- Stufen im Vervielfacher entspricht.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird, weist der Hochspannungsgenerator zwei parallele Sätze 100, 102 von in Reihe geschalteten Kondensatoren C1-C12 auf, die mit einer Eingangsspannungsquelle 104 verbunden sind. Die Spannungsquelle 104 erzeugt eine Hochfrequenzimpulsfolge, im typischen Fall 20 kHz, mit einer Rechteckwellenform und einem 50%igen Arbeitszyklus, abgeleitet von einer Batterieversorgung 40, wobei ein geeigneter Impulsgenerator benutzt wird, wie beispielsweise ein Multivibrator. Das Spannungsniveau der Impulsfolge bewegt sich zwischen einem hohen Niveau Vi und einem niedrigen Niveau, wie beispielsweise Null (unter Annahme einer positiven Logik). Das Niveau Vi wird im typischen Fall ein Mehrfaches der Batterieversorgungsspannung sein, die beispielsweise durch einen Zwischenspannungsvervielfacherkreis erzeugt wird.
Anstelle der Zwischenverbindungen mittels Dioden wie beim konventionellen Cockroft-Walton-Vervielfacher werden die Sätze der Kondensatoren mittels der triggerbaren bidirektionalen Schalter T1-T12 miteinander verbunden. Die bidirektionalen Schalter T1-T12 sind in Paaren angeordnet, die jede Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren des einen Satzes 100 mit den gegenüberliegenden Seiten eines Kondensators im anderen Satz 102 koppeln. Die Schalter werden periodisch gesteuert, so daß die Schalter, die ein Paar bilden, in einer Antiphasenbeziehung sind, d.h., während des Teils der Periode sind die Schalter T1, T3 ... Tn (worin n eine ungerade Zahl ist) geschlossen, während die Schalter T2, T4 ... Tm (worin m eine gerade Zahl ist) offen sind, und umgekehrt während des restlichen Zyklusses.
Obgleich die Erfindung nicht auf eine besondere Form des bidirektionalen Schalters begrenzt ist, wie er in Fig. 4 gezeigt wird, sind die Schalter T1-T12 vorzugsweise in der Form von Triacs vorhanden, die optoelektronisch steuerbar sind. Die Schalter können beispielsweise die optisch isolierten Triacs MOC 3020, die von Motorola hergestellt werden, aufweisen, die eine Galliumarsenid-Infrarotemitterdiode (LED) und einen lichtaktivierten bilateralen Schalter besonders herausstellen. Im Stromkreis der Fig. 4 wird die LED, die mit einem jeden Triac verbunden ist, durch eine Logikschaltung 106 so gesteuert, daß den LEDs, die mit den Schaltern Tn verbunden sind, in einer Antiphasenbeziehung zu jenen, die mit den Schaltern Tm verbunden sind, Energie zugeführt wird und ebenfalls so, daß die LED- Energiezuführung in einer speziellen Phasenbeziehung zur Eingangsspannungsimpulsfolge ist, die durch die Quelle 104 erzeugt wird.
Die Logikschaltung empfängt die Eingänge von einer Steuersignalquelle 108 und der Eingangsspannungsquelle 104. Das Steuersignal, das von der Quelle 108 erzeugt wird, weist eine Steuerimpulsfolge auf, die eine Impulsfolgegeschwindigkeit entsprechend der Frequenz aufweist, mit der der Hochspannungsgenerator funktionieren muß. Beispielsweise kann die Steuerimpulsfolge mittels einer geeigneten Frequenzteilerschaltung (nicht gezeigt) von der Spannungseingangsimpulsfolge abgeleitet werden, die durch die Quelle 104 erzeugt wird. Die Logikschaltung 106 weist ein ausschließendes ODER-Tor 110 auf, dessen Ausgang einerseits direkt zu einem Satz 112 der LEDs (beispielsweise jene, die mit den Schaltern Tn verbunden sind) und andererseits über den Inverter 114 zum anderen Satz 116 der LEDs geführt wird. In Fig. 4 wird nur eine LED eines jeden Satzes der Einfachheit halber gezeigt.
Wenn das Steuersignal, das von der Quelle 108 erzeugt wird, hoch ist, ist der umgekehrte Ausgang des Tores 110 (d.h., der Ausgang des Inverters 114) mit der Hochfrequenzeingangsspannung, die von der Quelle 104 erzeugt wird, in Phase, während der nicht umgekehrte Ausgang des Tores 110 mit der Eingangsspannung in einer Antiphasenbeziehung ist. Folglich wird dem LED-Satz 116 Energie zugeführt, wenn die Eingangsspannung hoch ist, und dem Satz 112 wird Energie zugeführt, wenn die Eingangsspannung niedrig ist. Auf diese Weise wird, während das Steuersignal hoch ist, die Ausgangsspannung Vo ein Mehrfaches der Eingangsspannung Vi sein und eine vorgegebene Polarität aufweisen, d.h., positiv.
Wenn das Steuersignal, das von der Quelle 108 erzeugt wird, niedrig ist, sind der umgekehrte Ausgang und die nicht umgekehrten Ausgänge, die vom Tor 110 abgeleitet werden, entsprechend mit der Eingangsspannung in einer Antiphasenbeziehung oder in Phase. Folglich wird dem LED-Satz 116 Energie zugeführt, wenn die Eingangsspannung niedrig ist, und dem Satz 112 wird Energie zugeführt, wenn die Eingangsspannung hoch ist. Auf diese Weise wird, wenn das Steuersignal niedrig ist, die Ausgangsspannung Vo ein Mehrfaches der Eingangsspannung Vi sein und eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, d.h. negativ.
In Fig. 4 wird der Einfachheit halber nur eine begrenzte Anzahl von Vervielfacherstufen gezeigt; es wird eingeschätzt, daß in der Praxis eine größere Anzahl erforderlich sein wird, um die Hochspannungen zu erzeugen, die für das elektrodynamische Sprühen erforderlich sind. Beispielsweise, wenn die Quelle 104 eine Ausgangsspannung von 800 V erzeugt (abgeleitet durch die Vervielfachung der Batterieversorgungsspannung mittels eines zwischenspannungsvervielfachers), dann kann der Spannungsvervielfacher aus Fig. 4 18 Stufen aufweisen, um einen Ausgang Vo von etwa 14 kV zu erhalten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 weist ein alternativer bipolarer Hochspannungsgenerator für einen Einsatz als Generator 26 in Fig. 1 eine Eingangsgleichspannungsquelle 120 von mehreren hundert Volt auf, die von einer Batterieversorgungsspannung 40 mittels eines Zwischenspannungsvervielfacherkreises (nicht gezeigt), der beispielsweise einen Relaxationsoszillator, einen Transformator und eine Gleichrichterschaltung aufweist, abgeleitet werden. Die Gleichspannung, die von der Quelle 120 geliefert wird, wird in einen Wechselstrom mit hoher Frequenz, beispielsweise 20 kHz, in einer Schaltung 122 umgewandelt, die einen Oszillator und die Primarwicklung 124 eines Transformators 126 umfaßt, wodurch der Stromfluß durch die Primärwicklung wiederholt umgekehrt wird. Die Sekundärwicklung 128 des Transformators ist mit einem Mittelabgriff versehen, um einen Ausgang an den Klemmen 130 zu liefern, wobei die Größe des Ausganges durch das Windungsverhältnis des Transformators bestimmt wird.
Ein mechanischer Schalter 132, wie beispielsweise ein gasgefüllter Vibrationsschalter, ist so geschaltet, daß abwechselnd die entgegengesetzten Enden der Sekundärwicklung des Transformators mit der Erde mit einer Frequenz verbunden werden, die der Schwingung entspricht, die in der Primärwicklung erzeugt wird. Der Wechselbetrieb des Schalters 132 wird durch eine Spule 134 gesteuert, die durch ein Steuersignal erregt wird, das von der Schaltung 122 abgeleitet wird und eine Frequenz aufweist, die der Frequenz entspricht, mit der die Stromumkehr in der Primärwicklung erfolgt. Der Schalter 132 wird dadurch veranlaßt, synchron mit der Stromumkehr zu funktionieren, die in der Primärwicklung erfolgt, und er dient dazu, den Wechselstromausgang der Sekundärwicklung des Transformators in einen Gleichstrom an den Klemmen 130 umzuwandeln. Die Polarität des Ausganges wird durch die relative Phase zwischen dem Steuersignal, das an die Spule 134 angelegt wird, und dem Strom, der der Primärwicklung des Transformators zugeführt wird, bestimmt. Durch Verändern der Phasenbeziehung von phasengleich nach Antiphase (oder umgekehrt) kann die Polarität des Ausganges, der an den Klemmen 130 auftritt, umgekehrt werden. Eine derartige Umkehr wird durch die Phasensteuerschaltung 136 gesteuert, die funktionsbereit ist, um die Phase des Steuersignals, das an die Spule 134 angelegt wird, in Abhängigkeit von einem Taktsignal, das an die Eingangsleitung 138 zur Phasensteuerschaltung 136 angelegt wird, zu verschieben. Das Taktsignal wird von einem Impulsgenerator 140 abgeleitet, der mit dem Oszialltor der Schaltung 122 gekoppelt ist und eine Impulsfolgegeschwindigkeit aufweist, die der Frequenz entspricht, mit der der Spannungsgenerator funktionieren muß.
Daher kann beispielsweise, wenn das Taktsignal hoch ist, die Phasensteuerschaltung 136 in einen Zustand geschaltet werden, in dem das an die Spule 134 angelegte Steuersignal mit dem Stromfluß durch die Primärwicklung phasengleich ist, und wenn das Taktsignal niedrig ist, kann die Phasensteuerschaltung in einen Zustand geschaltet werden, in dem das Steuersignal um 180º so verschoben ist, daß es in einer Antiphasenbeziehung mit dem Stromfluß durch die Primärwicklung ist. Auf diese Weise wird ein bipolarer Hochspannungsausgang an den Klemmen 130 erhalten, der die Polarität mit einer Geschwindigkeit umkehrt, die durch das Taktsignal bestimmt wird.

Claims

1. Elektrostatische Sprühvorrichtung, die aufweist: eine Düse (12), eine Einrichtung (14) für die Zuführung der Flüssigkeit zur Düse und eine Hochspannungsschaltung (26), die so angeordnet ist, daß beim Einsatz die Flüssigkeit, die in zerstäubter Form von der Düse (12) versprüht wird, elektrostatisch aufgeladen wird, wobei die Hochspannungsschaltung (26) einen Ausgang liefert, der zwischen den entgegengesetzten Polaritäten mit einer Frequenz von nicht mehr als 10 Hz wechselt, so daß das Sprühmittel abwechselnd positiv und negativ in solch einer Weise aufgeladen wird, daß eine Schlagunterdrückung bewirkt wird, indem der Aufbau einer Ladung auf einer Person verhindert wird, die die Vorrichtung beim Sprühen hält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz nicht größer als 5 Hz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz nicht größer als 3 Hz ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz nicht größer als 1 Hz ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mindestens 0,05 Hz beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mindestens 0,2 Hz beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Form vorliegt, die in geeigneter Weise in der Hand gehalten werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, das einen Handgriffabschnitt (4) umfaßt, wobei das Gehäuse die Düse (12) hält und die Hochspannungsschaltung (26) und eine Stromquelle aufnimmt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsschaltung so angeordnet ist, daß beim Einsatz die Flüssigkeit, die am Ausgang der Düse (12) austritt, einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, das ausreichend hoch ist, um die Flüssigkeit aus der Düse (12) in der Form von mindestens einem Band herauszuziehen, das sich in die aufgeladenen Tröpfchen aufspaltet, um das Sprühmittel zu bilden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung an die Düse (12) angelegt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung an die Düse (12) über die Flüssigkeitszuführung zur Düse (12) angelegt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (38) für das Bereitstellen eines Erdrückschlußweges von der Vorrichtung durch die Hand eines Bedieners, der die Vorrichtung hält, umfaßt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsschaltung (26) zwei Hochspannungsgeneratoren (80), die Ausgänge von entgegengesetzter Polarität erzeugen, und eine Schalteinrichtung aufweist, die so angeordnet ist, daß die Generatoren (80) abwechselnd wirksam werden, um die Aufladung der Flüssigkeit zu bewirken.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsschaltung einen einzelnen Hochspannungsgenerator aufweist, der einen bipolaren Ausgang erzeugt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsschaltung einen Spannungsvervielfacherkreis aufweist, der besitzt:

Eingangsklemmen für den Anschluß an eine Impulsspannungsquelle (102);

Ausgangsklemmen für das Liefern einer Ausgangsspannung (Vo), die bipolar und ein Mehrfaches der Spannung (Vi) ist, die an die Eingangsklemmen angelegt wird;

zwei parallele Sätze (100,102) von in Reihe geschalteten Kondensatoren (C1-C12), die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen geschaltet sind;

eine Vielzahl von paarigen bidirektionalen Schaltern (T1-T12), die die Sätze der Kondensatoren so miteinander verbinden, daß jede Verbindungsstelle zwischen den nacheinanderfolgenden Kondensatoren in einem der Sätze mit einem Paar der Schalter verbunden wird, die die Verbindungsstelle mit den entgegengesetzten Seiten eines Kondensators des anderen Satzes koppeln; und

eine Einrichtung für das Bewirken eines Wechselbetriebes der Schalter eines jeden Paares in einer Phasenbeziehung mit der Impulsspannungsquelle und für das periodische Verändern einer derartigen Phasenbeziehung, um zu bewirken, daß die Ausgangsspannung an den Ausgangsklemmen zwischen den entgegengesetzten Polaritäten wechselt.

16. Anwendung beim Versprühen der Flüssigkeit in zerstäubter Form nach einem Sprühverfahren gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

17. Sprühverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß das Sprühmittel elektrisch aufgeladen ist, wobei es die Zuführung der zu versprühenden Flüssigkeit zu einer Düse (12) und das Anlegen eines hohen Wechselspannungspotentials mit einer Frequenz von nicht mehr als 10 Hz aufweist, so daß die Flüssigkeit, die in zerstäubter Form von einer Düse (12) versprüht wird, abwechselnd negativ und positiv so aufgeladen wird, daß eine Schlagunterdrückung dadurch bewirkt wird, daß der Aufbau einer Ladung auf einer Person, die die Vorrichtung hält, verhindert wird.

18. Verfahren für das Bewirken eine Schlagunterdrückung während des Betriebes einer von Hand gehaltenen elektrostatischen Sprühvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß es die eine Düse (12) und eine Einrichtung (14) für das Zuführen der Flüssigkeit zur Düse für die Erzeugung eines zerstäubten Sprühmittels aufweist, wobei ein derartiger Vorgang vom Aufbringen einer elektrischen Ladung auf einen Bediener, der die Vorrichtung hält, begleitet wird, und wobei das Verfahren das elektrostatische Aufladen der Flüssigkeit mittels der Hochspannungsschaltung aufweist, die einen Ausgang, der zwischen den entgegengesetzten Polaritäten wechselt, mit einer Frequenz von nicht mehr als 10 Hz liefert, so daß das Sprühmittel abwechselnd positiv und negativ so aufgeladen wird, daß der Aufbau einer Ladung auf dem Bediener beim Einsatz verhindert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz im Bereich von 0,05 bis 5 Hz liegt.

20. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz im Bereich von 0,2 bis 3 Hz liegt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß es das Entladen der Flüssigkeit von der Düse in der Form von aufeinanderfolgenden Sprühmittelwolken aus Tröpfchen aufweist, so daß die Tröpfchen in jeder Sprühmittelwolke mit Bezugnahme auf die Tröpfchen in den unmittelbar vorangehenden und nachfolgenden Wolken entgegengesetzt aufgeladen werden.