DE69333462T2

DE69333462T2 - Fotoelektrischer schalter

Info

Publication number: DE69333462T2
Application number: DE69333462T
Authority: DE
Inventors: Timothy James Pantymwyn NOAKES; Michael Leslie Nannerch GREEN; Andrew Patymwyn JEFFERIES; Maurice Joseph Runcorn PRENDERGAST
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1993-11-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2013-11-24
Also published as: KR100324980B1; ZA938679B; CN1090092A; JP3661795B2; EP0671078B1; AU693771B2; DE69333462D1; DK0671078T3; CA2148450A1; ES2214482T3; HK1011470A1; PT671078E; US5684666A; AU5531594A; KR950704857A; CN1108638C; WO1994013063A1; EP0671078A1; JPH08503883A; GB9224651D0

Description

Diese Erfindung betrifft elektrostatische Sprühvorrichtungen. Insbesondere betrifft sie Vorrichtungen, die hohe Spannungen mit sich bringen, etwa Spannungen von mindestens 1 kV und mehr, gewöhnlich von mindestens 5 kV und bis etwa 50 kV reichend.
Obwohl nicht darauf beschränkt, findet die Erfindung vor allem auf Vorrichtungen Anwendung, die ein Sprühen von Flüssigkeiten bewirken. Typische Vorrichtungen des Typs, von dem die vorliegende Erfindung handelt, sind in EP-A-0 120 633, EP-A-0 441 501, EP-A-0 468 735 und EP-A-0 468 736 offenbart.
DE-A-3 929 808 offenbart eine automatische Erdungseinrichtung für eine auf einem Tisch aufgebaute elektrostatische Spritzbeschichtungsvorrichtung, die Druckluft verwendet, um einen federbelasteten Kolben von einem Erdungskontakt fernzuhalten, wodurch die hochspannungserzeugende Schaltung von der Energieversorgungsleitung isoliert wird.
US 4 740 799 offenbart eine Sprühvorrichtung mit einer Hochspannungselektronik-Steuerschaltung.
Die Erfindung schafft eine elektrostatische Sprühvorrichtung, wie sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
Das elektronische Schaltmittel kann eine Folge von strahlungsempfindlichen Halbleiterübergängen, die zusammen eine maximale Rückwärtsgleichspannung von mindestens 1 kV (vorzugsweise mindestens 5 kV und oftmals mindestens 10 kV) haben, Klemmenmittel für das Anlegen einer Hochspannung an die Übergänge, so dass die Übergänge einen Stromfluss in nur einer Richtung ermöglichen, wenn sie durch eine anliegende Spannung in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, und ein selektiv betriebsfähiges Strahlungserzeugungsmittel, das den Übergängen zugeordnet ist, umfassen, wobei das Strahlungserzeugungsmittel dieselben selektiv bestrahlt, um einen Stromfluss in Rückwärtsrichtung zu erzeugen, wenn die Übergänge durch eine anliegende Spannung in Sperrrichtung vorgespannt sind, und die Übergänge und das Strahlungserzeugungsmittel in einem festen vorherbestimmten Verhältnis in einer Masse aus Verkapselungsmaterial, die für die Strahlung, die von dem Strahlungserzeu gungsmittel abgegeben wird, durchlässig ist, gehalten werden.
Bevorzugt haben die Übergänge zusammen eine maximale Rückwärtsgleichspannung von mindestens 5 kV und stärker bevorzugt von mindestens 10 kV.
Es ist klar, dass, wenn die Folgen von Übergängen in Sperrrichtung vorgespannt und keiner Strahlung von dem Strahlungserzeugungsmittel ausgesetzt sind, dennoch ein schwacher Stromfluss auftreten kann, wie im Fall einer herkömmlichen Diode (Dunkelstrom); jedoch ist der Rückwärtsstrom im Vergleich zu jenem, der erzeugt wird, wenn die Übergänge mit einer Spannung der gleichen Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, unwesentlich. Im Gegensatz dazu ist dann, wenn die Übergänge in Sperrrichtung vorgespannt und einer Strahlung ausgesetzt sind, der Stromfluss wesentlich stärker als jener, der in Abwesenheit einer derartigen Strahlung auftritt.
Die Verkapselungsmasse könnte so beschaffen sein, dass reflektierende Flächen in der Nähe der Übergänge bereitstellt werden, so dass die Strahlung, die nicht direkt auf die Übergänge auffällt, reflektiert wird, wodurch sich die Lichtausbeute, mit der die Übergänge bestrahlt werden, erhöht. Derartige reflektierende Flächen könnten aus einer speziellen Schicht oder aus speziellen Schichten aus einem Material gebildet sein, das die Strahlung der Wellenlänge oder Wellenlängen, die von dem Strahlungserzeugungsmittel abgestrahlt wird bzw. werden, reflektiert; oder die Reflexionseigenschaft kann als Ergebnis von Brechungsindexänderungen innerhalb der Masse aus Verkapselungsmaterial erhalten werden.
Es ist allgemein bekannt, dass Siliciumdioden mit einem pn-Übergang photoempfindlich sind, und dass, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt sind und einer Strahlung im nahen Infrarot ausgesetzt werden, derartige Dioden leitfähig werden und einen Stromfluss ermöglichen, der wesentlich über den Dunkelstrom hinausgeht. Dies ist das Prinzip, das der Funktionsweise einer Photodiode zu Grunde liegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Photodioden, die einen Aufbau oder eine Konfiguration haben, der bzw. die einer effektiven Nutzung des einfallenden Lichts entspricht, ist das Schaltmittel gemäß einem Aspekt der Erfindung so beschaffen, dass es bei Spannungen arbeitet, die wesentlich über jene hinausgehen, bei den herkömmliche Photodioden arbeiten sollen. Folglich sind herkömmliche Photodioden für maximale Rückwärtsgleichspannungen ausgelegt, die bis zu 600 Volt reichen (siehe "Optoelectronics", D.A.T.A. Digest 1992 (Ausgabe 25), herausgegeben von Publishing of Englewood, Colorado, USA, "Photodiodes", S. 613), wohingegen das Schaltmittel dieses Aspekts der Erfindung für Anwendungen vorgesehen ist, die Hochspannungen von mindestens 1 kV und häufiger von mindestens 5 kV, wobei sie beispielsweise bis zu 50 kV reichen, mit sich bringen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Folgen von Halbleiterübergängen eine Hochspannungs-Halbleiterdiode, vorzugsweise eine Hochspannungs-Siliciumdiode mit einer Folge von übereinander geschichteten pn-Übergängen.
Das Strahlungserzeugungsmittel umfasst vorteilhaft eine Licht emittierende Diode. Erwähnungen von Licht, die hier gebraucht werden, sollen so verstanden werden, dass sowohl elektromagnetische Wellenlängen, die außerhalb des sichtbaren Teils des Spektrums liegen, als auch Wellenlängen, die im sichtbaren Spektrum liegen, eingeschlossen sind. Beispielsweise erzeugt eine geeignete Form einer Licht emittierenden Diode eine Ausbringung im nahen Infrarot, und die Hochspannungsdiode, die die Folge von Übergängen bildet, könnte hinsichtlich dieser Strahlung empfindlich sein.
Obwohl die Komponenten, die das Schaltmittel bilden, das in Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in Form einer hochintegrierten Schaltung hergestellt werden können, ist auch die Herstellung des Schaltmittels aus diskreten Bauelementen möglich.
Dementsprechend wird hier ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Schaltmittels wie weiter oben definiert offenbart, bei dem eine Hochspannungs-Halbleiterdiode und eine Festkörper-Lichtquelle in einer im Voraus festgelegten Beziehung zusammengefügt werden, derart, dass die Folge von Übergängen der Diode dem von der Quelle abgestrahlten Licht ausgesetzt ist, und die Diode und die Quelle, die auf diese Weise in Beziehung gebracht sind, in einem Verkapselungsmaterial, das für das von der Quelle abgestrahlte Licht durchlässig ist, verkapselt werden.
Die im Voraus festgelegte Beziehung wird gewöhnlich mit einem Positionieren der Quelle in unmittelbarer Nähe der Diodenübergänge einhergehen, derart, dass ein wesentlicher Teil des von der Quelle abgestrahlten Lichts auf die Diodenübergangsbereiche fallen wird.
Dieses Verfahren könnte mit handelsüblichen diskreten Bauelementen umgesetzt werden. Handelsübliche Hochspannungsdioden weisen einen Aufbau oder eine Konfiguration auf, d. h. eine Folge von übereinander geschichteten pn-Übergängen (typisch mehr als zehn derartige Übergänge und oftmals zwanzig oder mehr), der bzw. die dem Management hoher Potentiale angemessen ist, und werden ungeachtet der durch das Licht hervorgerufenen Wirkungen unter Verwendung von Verkapselungsmaterialien, die nicht besonders geeignet sind, um zu ermöglichen, dass die Übergänge einer äußeren Strahlung ausgesetzt werden, hergestellt, da dies nämlich im Allgemeinen als höchst unerwünscht angesehen wird.
Folglich kann gemäß diesem Verfahren die Diode eine herkömmliche, handelsübliche Hochspannungsdiode umfassen, die in einem elektrisch isolierenden Material verkapselt ist, wobei in diesen Fall die gewählte Diode eine solche sein könnte, deren Verkapselungsmaterial schon eine erhebliche Durchlässigkeit in Bezug auf die Wellenlänge des Lichts, das von der Quelle abgestrahlt wird, aufweist, oder alternativ die Quelle so ausgewählt sein kann, dass sie hinsichtlich der Durchlässigkeit des Diodenverkapselungsmaterials in Bezug auf die Wellenlänge des Lichts, das von der Quelle abgestrahlt wird, mit dem Diodenverkapselungsmaterial vereinbar ist.
Dort, wo die handelsübliche Diode so beschaffen ist, dass sie ein Verkapselungsmaterial aufweist, das in Bezug auf das Licht, das von der Quelle abgestrahlt wird, undurchlässig ist oder eine verhältnismäßig geringe Durchlässigkeit besitzt, umfasst das Verfahren der Erfindung ein Modifizieren des Dioden-Verkapselungsmaterials, um eine wirksame Lichtkopplung zwischen der Quelle und der Folge von Übergängen der Diode herzustellen oder zu verbessern.
Eine solche Modifikation könnte ein wenigstens teilweises Entfernen des Dioden-Verkapselungsmaterials oder eine Art von Bearbeitung mit sich bringen, um die Lichtdurchlässigkeit des Verkapselungsmaterials zu verbessern. Beispielsweise ist eine Form einer Hochspannungsdiode, die weit verbreitet ist, in einem Glasmaterial verkapselt, dessen Durchlässigkeit durch eine Wärmebehandlung modifiziert werden kann.
Die Erfindung findet vor allem auf einen Hochspannungserzeugungskreis Anwendung, der dafür ausgelegt ist, von einer Niederspannungsquelle wie etwa einer Batteriespeisung mit Energie versorgt zu werden.
In einer ihrer Ausführungsformen ist die Schaltungsanordnung so beschaffen, dass sie eine unipolare Hochspannungsabgabe erzeugt, wobei das elektronische Schaltmittel so an das Ausgangs-Klemmenmittel angeschlossen ist, dass die Folge von Übergängen durch die unipolare Ausgangsspannung in Sperrrichtung vorgespannt wird.
In einer weiteren ihrer Ausführungsformen kann die Schaltungsanordnung betrieben werden, um ein Wechselhochspannungs-Ausgangssignal zu erzeugen, wobei das Schaltmittel in der Schaltungsanordnung so gekoppelt ist, dass es die abgegebene Wechselspannung gleichrichtet, um an dem Ausgangs-Klemmenmittel eine Hochspannung mit einer Polarität zu erzeugen, wobei die Anordnung derart ist, dass die Folge von Übergängen durch die Halbwellen entgegengesetzter Polarität der abgegebenen Wechselspannung in Sperrrichtung vorgespannt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Schaltungsanordnung so betrieben werden, dass ein Wechselhochspannungs-Ausgangssignal erzeugt wird, wobei dem Ausgangs-Klemmenmittel ein Paar Schaltmittel zugeordnet ist, wobei jedes Schaltmittel derart angeordnet ist, dass durch die positive Halbwelle der Wechselspannung ein Schaltmittel in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird und das andere in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und umgekehrt durch die negative Halbwelle, wobei Mittel bereitgestellt werden, um den Betrieb der Strahlungserzeugungsmittel jedes Schaltmittels zu steuern, um jedes Schaltmittel in seinem in Rückwärtsrichtung vorgespannten Zustand leitend zu machen. In einer derartigen Ausführungsform können die Schaltmittel in Reihe oder parallel zueinander sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung ein Paar Ausgangs-Klemmenmittel, wobei an jedem davon ein unipolares Ausgangssignal erzeugt wird, wobei das Ausgangssignal an einem Klemmenmittel von entgegengesetzter Polarität zu jenem ist, das an dem anderen Klemmenmittel erzeugt wird, und ein Paar Schaltmittel, das den Ausgangs-Klemmen mitteln zugeordnet ist und jedes Ausgangs-Klemmenmittel mit einem gemeinsamen Klemmenmittel verbindet, aber durch das entsprechende unipolare Ausgangssignal in Sperrrichtung vorgespannt ist, Mittel, die bereitgestellt werden, um die Strahlungserzeugungsquellen der Schaltmittel auf eine solche Weise zu steuern, dass die Schaltmittel abwechselnd leitend werden, wodurch an dem gemeinsamen Klemmenmittel ein bipolares Ausgangssignal erzeugt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter ihren weiter gefassten Aspekten nicht darauf beschränkt ist, ist das elektronische Schaltmittel/ der Hochspannungserzeugungskreis wie weiter oben definiert vor allem auf Vorrichtungen mit einer verhältnismäßig geringen Stromaufnahme anwendbar, bei denen der maximale Rückwärtsstrom, der durch die Folge von Übergängen geleitet wird, bevorzugt nicht stärker als etwa 10 μA und stärker bevorzugt nicht stärker als etwa 2 μA ist.
Weiter unten ist eine elektrostatische Sprühvorrichtung beschrieben, die ein Gehäuse, ein Düsenmittel, ein Mittel zur Versorgung des Düsenmittels mit einem von der Düse zu sprühenden Material und einen Hochspannungserzeugungskreis umfasst, um ein hohes Potential direkt oder indirekt an das Material anzulegen, wodurch das versprühte Material elektrostatisch geladen wird, wobei die Schaltungsanordnung ein elektronisches Schaltmittel wie weiter oben definiert umfasst, das dem Hochspannungsausgang der Schaltungsanordnung zugeordnet ist, wobei es so beschaffen ist, dass es Strom- und/oder Spannungs-Schaltoperationen der Vorrichtung steuert.
Das elektronische Schaltmittel zur Verwendung in der Erfindung ist besonders für elektrostatische Sprühvorrichtung dieses Typs geeignet, vor allem, wenn die Stromaufnahme gering ist (typisch nicht größer als 10 μA und häufiger nicht größer als 2 μA) und besonderer Wert auf Faktoren wie Kompaktheit und Billigkeit gelegt wird. Herkömmliche Photodioden sind völlig ungeeignet, da sie nur bei niedrigen Spannungen verwendet werden können, und finden herkömmlich sowieso nur in Anwendungen Berücksichtigung, die mit einer Signalverarbeitung einhergehen, im Gegensatz zu einer Stromverarbeitung. Die meisten im Handel erhältlichen Hochspannungsschalter sind auf Anwendungen bei hohen Strömen ausgerichtet (z. B. Schalteinrichtungen) und von mechanischer Art, teuer und für Sprühvorrichtungen des Typs, auf den sich ge rade bezogen wird, völlig ungeeignet. Allgemein stehen Schutzrohrkontakt-Relais für Schaltanwendungen bei geringem Strom zur Verfügung, sind jedoch verhältnismäßig teuer, da sie elektromechanischer Art mit hohen Eingangsanforderungen und kurzen Lebensdauern sind und obere Grenzspannungen in der Größenordnung von 12 kV haben. Jede Schalteinrichtung auf mechanischer Grundlage unterliegt Größenbedingungen, da bei hohen Spannungen eine Trennung der Komponenten erforderlich ist.
In einer Ausführungsform der Sprühvorrichtung kann das Schaltmittel so betrieben werden, dass als Reaktion auf die Deaktivierung des Hochspannungserzeugungskreises einen Stromableitungspfad geschaffen wird. In diesem Fall kann das Schaltmittel durch die Hochspannung während eines Sprühvorgangs der Vorrichtung in Sperrrichtung vorgespannt sein, und die Anordnung kann derart sein, dass als Reaktion auf die Deaktivierung des Kreises das Strahlungserzeugungsmittel betrieben wird, um das Schaltmittel zu bestrahlen, wodurch das Letztere leitend wird, so dass ein Pfad für den Abfluss eines Stroms von kapazitiv gespeicherten elektrischen Ladungen an der Hochspannungsausgangsseite des Kreises geschaffen wird. Die kapazitive Komponente könnte aus einer Kapazität, die dem Hochspannungskreis zugeordnet ist, und/oder der Kapazität, die der Last der Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung zugeordnet ist, z. B. einem Metallbehälter, der eine zu sprühende Flüssigkeit wie etwa Farbe enthält, gebildet sein.
Auf diese Weise verwendet vermeidet das Schaltmittel die Notwendigkeit eines Widerstandselements auf der Ausgangsseite der Schaltungsanordnung zwecks Ableitung einer kapazitiv gespeicherten Ladung, welche, wenn sie zum Zeitpunkt der Deaktivierung des Hochspannungskreises nicht abgeleitet wird, die Gefahr eines elektrischen Schlags, den der Benutzer erfährt, zur Folge hat. Die Verwendung eines derartigen Widerstandselements bildet während des Sprühvorgangs eine Stromsenke, weshalb der Hochspannungskreis so beschaffen sein muss, dass eine derartige Stromsenke berücksichtigt wird, mit der Folge, dass der Kreis unbedingt eine Stromabgabe aufbringen muss, die über die nur für Sprühzwecke erforderliche hinausgeht.
Im Interesse einer Kompaktheit und Billigkeit wird angestrebt, eine derartige Stromsenke zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei handgehaltenen oder leicht tragbaren, unabhängigen Sprühvorrichtungen des Typs der Fall, die dafür vorgesehen sind, durch eine Niedervoltbatterieversorgung mit Energie versorgt zu werden, beispielsweise bei Vorrichtungen, die in der Hand gehalten werden, um Körperpflege- und Gesundheitspflege-Zusammensetzungen wie etwa Düfte, Geruchsbeseitiger und dergleichen zu sprühen, oder bei Vorrichtungen, die in der Hand gehalten werden, um Farbzusammensetzungen zu sprühen, oder bei tragbaren, freistehenden Vorrichtungen, die Luftreiniger und aromatische Zusammensetzungen versprühen. Wenn eine Niedervoltbatterieversorgung verwendet wird, sollte ein unnötiger Energieverbrauch offensichtlich so weit wie möglich ausgeschaltet sein, um die Batterielebensdauer zu verlängern. Außerdem wird aus Kostengründen angestrebt, die Anforderungen an die Ausführung des Hochspannungskreises so gering wie möglich zu halten, um die Verwendung von preiswerten Schaltungsausführungen zu ermöglichen. Das hier beschriebene Schaltmittel ist besonders geeignet, wenn die oben angegebenen Bedingungen Anwendung finden, da die Stromaufnahme auf die Dunkelstromkomponente beschränkt ist (die in der Praxis vernachlässigt werden kann), und dann, wenn der Hochspannungskreis deaktiviert ist, das Schaltmittel in der Sperrrichtung leitend gemacht werden kann, um ein Abfließen der gespeicherten Ladung zu bewirken.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schaltmittel als Reaktion auf die Betätigung eines vom Benutzer bedienbaren Schalters zur Deaktivierung des Hochspannungskreises und zur Unterbrechung des Sprühvorgangs automatisch leitfähig werden. Folglich umfasst die Vorrichtung vorteilhaft ein vom Benutzer bedienbares Mittel zum wahlweise Aktivieren und Deaktivieren des Hochspannungskreises sowie Steuermittel zum Auslösen des Aussendens von Strahlung von dem Strahlungserzeugungsmittel, um das Schaltmittel als Reaktion auf die Betätigung des vom Benutzer bedienbaren Schalters leitend zu machen, um die Deaktivierung des Hochspannungskreises zu bewirken.
Vorteilhaft kann das Schaltmittel, wenn es so beschaffen ist, dass es einen Pfad für die Ableitung der kapazitiv gespeicherten Ladung bietet, derart in den Hochspannungskreis gekoppelt sein, dass es für eine Gleichrichtung sorgt. In diesem Fall kann der Hochspannungskreis beispielsweise einen Aufwärtstransformator enthalten, dessen eine Seite der Sekundärwicklung abgegriffen wird, um ein Wechselhochspannungs-Ausgangssignal bereitzustellen, und dessen andere Seite der Sekundärwicklung an ein niedriges Potential, wie etwa Erde, angeschlossen ist, wobei das Schaltmittel in Reihe mit der Sekundär wicklung geschaltet sein kann, um die Wechselspannung gleichzurichten und dadurch ein unipolares Hochspannungs-Ausgangssignal zu erzeugen, das einer kapazitiven Glättung unterzogen werden kann, um Hochspannungsspitzen zu beseitigen oder zumindest wesentlich zu dämpfen. Bei einer derartigen Konfiguration wird, wenn die Schaltungsanordnung deaktiviert wird, die gespeicherte Ladung durch die kapazitive Glättungskomponente zu dem niedrigen Potential (z. B. Erde) abgeleitet, indem das Schaltmittel in der Sperrrichtung leitend gemacht wird, wobei das Schaltmittel als Reaktion auf die Deaktivierung des Hochspannungskreises automatisch in diesen Zustand gelangen kann.
Außerdem ist hier eine elektrostatische Sprühvorrichtung beschrieben, die ein Gehäuse, ein Düsenmittel, ein Mittel zur Versorgung des Düsenmittels mit zu sprühendem Material, einen Hochspannungserzeugungskreis mit einer Ausgangsklemme, über welche eine Hochspannung an das Material angelegt wird, um ein elektrostatisches Sprühen dieses zu bewirken, ein ringförmiges Element, das das Düsenmittel umgibt und an das während des Sprühvorgangs eine Hochspannung derselben Polarität angelegt wird, die an das Material angelegt wird, um die Feldstärke in unmittelbarer Nähe zum Düsenausgang zu modifizieren, und ein Mittel, das bei Unterbrechung des Sprühvorgangs betrieben werden kann, um die elektrische Ladung, die während des Sprühvorgangs von den kapazitiven Elementen der Vorrichtung gespeichert worden ist, abzuleiten, umfasst.
Diese Ausführungsform findet vor allem auf das Sprühen von Flüssigkeiten Anwendung, die eine verhältnismäßig hohe Viskosität und einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweisen, wobei sie suspendierte Partikel enthalten können, z. B. Farbzubereitungen, und bei Verwendung der bisher entwickelten Technologie bei Durchsatzraten von bis zu mindestens 4 cm³/min dazu neigen, sich schwer zufrieden stellend sprühen zu lassen. Typisch hat die zu sprühende Flüssigkeit eine Viskosität von mindestens 0,5 Poise, z. B. 0,5 bis 10 Poise, und einen spezifischen Widerstand zwischen 5 × 105 und 5 × 10⁷ Ohm/cm.
Das Ableitungsmittel umfasst vorzugsweise ein Schaltmittel, wie zuvor dargestellt, und der Spannungserzeugungskreis kann so betrieben werden, dass er eine Ausgangsspannung von mindestens 25 kV erzeugt. Spannungen dieser Größe sind notwendig, wenn die zu sprühende Flüssigkeit verhältnismäßig dickflüssig ist und/oder wenn ein weiter Bereich von Durchsatzraten erforderlich ist; derartige Spannungen werden normalerweise als jene überschreitend angesehenen, die verwendet werden können, ohne unerwünschte Sprühwirkungen entstehen zu lassen, von denen angenommen wird, dass sie zumindest teilweise Koronaentladungen zuzuschreiben sind. Außerdem führt der Betrieb mit Spannungen dieser Größe zu einer kapazitiven Speicherung großer Mengen elektrischer Ladungen, was zur Folge hat, dass der Benutzer unter bestimmten Umständen einen unangenehmen Schlag erhält. Die Kombination der Merkmale, die diese zuletzt genannte Ausführungsform bilden, ermöglicht die Verwendung von hohen Spannungen, während ein zufrieden stellendes Sprühen von verhältnismäßig dickflüssigen Flüssigkeiten mit geringem spezifischen Widerstand, etwa von Farbzubereitungen, sichergestellt und der Schutz des Benutzers vor einer Entladung der kapazitiv gespeicherten Ladung geboten wird.
Gewöhnlich wird eine elektrostatische Sprühvorrichtung gemäß der Erfindung durch eine Niederspannungsquelle, etwa eine Batteriesäule, die mit der Eingangsseite des Hochspannungserzeugungskreises verbunden ist, gespeist, und die Vorrichtung wird oftmals die Form einer tragbaren, unabhängigen Einheit haben, die so beschaffen sein kann, dass sie in der Hand gehalten werden kann.
Es ist klar, dass die hier offenbarten elektrostatischen Sprühvorrichtungen geeignet sind, viele verschiedene Materialien zu sprühen, z. B. Körperpflege- oder Gesundheitspflege-Zusammensetzungen, aromatische Zusammensetzungen, die als Luftreiniger einsetzbar sind, Farbzubereitungen, Insektizide, Bakterizide und Arzneimittel. Dementsprechend schließt die Erfindung elektrostatische Sprühvorrichtungen, wie sie hier offenbart sind, in ihrem Geltungsbereich ein, wenn sie mit einer Patrone ausgestattet sind, die irgendeines dieser Materialien enthält.
In der beigefügten Zeichnung ist:
1 eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform eines lichtempfindlichen elektronischen Hochspannungs-Schaltmittels zeigt;
2 eine schematische Darstellung einer elektrostatischen Sprühvorrichtung, die einen Hochspannungserzeugungskreis enthält, der ein elektronisches Schaltmittel der in 1 gezeigten Art verkörpert;
3 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Form der in 2 gezeigten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines bipolaren Hochspannungs-Ausgangssignals zur Verwendung beispielsweise in einer elektrostatischen Sprühvorrichtung, die einen bipolaren Ausgang erfordert, um einen Schlag zu unterdrücken und/oder das Sprühen von Targets zu ermöglichen, die gewöhnlich schwer zu sprühen sind, wie z. B. Targets aus elektrisch isolierendem Material;
5 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung zur Lieferung eines Hochspannungs-Ausgangssignal, wobei das Ausgangssignal wahlweise an eine Reihe von Abgabevorrichtungen abgegeben wird;
6 eine schematische Ansicht einer Form einer Sprühpistole, auf welche die Ausführung von 2 oder 3 angewendet kann.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Schaltelement eine für Höchstspannungen geeignete Diode 10, typisch eine Hochspannungsdiode von Philips, ArtikelNr. BY713 (erhältlich von RS Components Limited, ArtikelNr. RS 262-781). Diese Diode ist eine Siliciumdiode, die eine Folge von übereinander geschichteten pn-Übergängen umfasst, die in einer Masse aus Verkapselungsmaterial P1 (hier als primäre Kapselung bezeichnet) verkapselt sind, und für den Gebrauch in Hochspannungsanwendungen entwickelt worden ist, wobei die maximale Rückwärtsgleichspannung 24 kV beträgt. Eine Lichtquelle in Form einer Licht emittierenden Diode (LED) 12, ebenfalls in einer Masse aus Verkapselungsmaterial P2 (primäre Kapselung, jedoch nicht unbedingt das gleiche Material wie das Material P1) verkapselt, ist in unmittelbarer Nähe der Hochspannungsdiode 10 angeordnet, so dass das Licht, das von der LED 12 ausgestrahlt wird, wenn sie stromführend ist, auf die Hochspannungsdiode 10 fällt. Typisch ist die LED 12 eine leistungsstarke Infrarot-LED, wie etwa jene, die von RS Components Limited unter der ArtikelNr. RS635-296 erhältlich ist. Sowohl die Hochspannungsdiode 10 als auch die LED 12 sind verkapselt, wenn sie geliefert werden. Wenn das Schaltelement aus diskreten Bauelementen hergestellt wird, wie in dem Fall von 1, ist es vorteilhaft, eine Hochspannungsdiode mit einer Kapselung zu wählen, die wenigstens einen gewissen Transmissionsgrad in Bezug auf die Wellenlänge des Lichts, das von der LED erzeugt wird, aufweist. Folglich ist festgestellt worden, dass die oben angegebene Kombination von Bauelementen vorteilhaft ist, da die Hochspannungsdiode BY713 von Philips, wie sie geliefert wird, eine Glaskapselung aufweist, die in Bezug auf die IR-Wellenlänge, die von einer LED RS635-296 erzeugt wird, durchlässig ist.
Während der Fertigung werden die Hochspannungsdiode 10 und die LED 12 optisch zueinander ausgerichtet zusammengebaut, um zu gewährleisten, dass das Infrarotlicht, das von der LED 12 abgestrahlt wird, uneingeschränkt bei der Bestrahlung der pn-Übergänge der Diode 10 wirksam wird, wobei Berücksichtigung findet, dass der Aufbau der Diode 10 eher auf ein Hochspannungsmanagement als auf eine Lichterfassung (wie im Fall einer Photodiode) abzielt. Die Hochspannungsdiode 10 und die LED 12 werden, wenn sie entsprechend ausgerichtet sind, anschließend in einer Masse 14 aus einem Material (sekundäre Kapselung S) mit einer geeigneten Durchlässigkeit in Bezug auf die Abstrahlungswellenlänge der LED verkapselt. Die Verkapselungsmasse 14 wird derart um die Diode 10 und die LED 12 modelliert, dass die Entstehung von Luftspalten an den entsprechenden Grenzflächen, die außerdem dazu neigen würden, als reflektierende Grenzen wirksam zu werden, vermieden wird. Dies lässt sich einfach erreichen, indem eine Presstechnik übernommen wird, die sicherstellt, dass ein Schrumpfen, das während des Aushärten des Verkapselungsmaterials auftritt, eher an der äußeren Umfangsfläche der Masse 14 als an den Grenzflächen zu der Diode 10 und der LED 12 stattfindet. Um schädliche Grenzeffekte zu vermeiden, ist das Verkapselungsmaterial, das die Masse 14 bildet, so ausgewählt, dass zumindest eine vernünftige Brechungsindexangleichung an die Verkapselungsmaterialien der Diode 10 und der LED 12 erfolgt. Im Fall der spezifizierten Bauelemente (der Diode BY713 und der LED RS635-296) sind geeignete Verkapselungsmaterialien das lichtaushärtende Harz LUXTRAK LCR 000 (LUXTRAK ist ein für ein Harzinjektionsverfahren geeignetes Harz von der Imperial Chemical Industries Group of companies) und das UV-aushärtende Harz RS505-202, das von RS Components bezogen werden kann. Die sekundäre Kapselung S dient außerdem dazu, eine gute elektrische Isolation zwischen der Diode 12 auf Niederspannung und der Hochspannungsdiode 10 auf Hochspannung zu schaffen.
Wie weiter oben angegeben worden ist, ist es wichtig, dass das Formungsverfahren, um die Dioden 10 und 12 in der sekundären Kapselung S zu verkapseln, so geführt wird, dass gewährleistet ist, dass die von der Diode 12 abgegebene Strahlung effizient genutzt wird. Insbesondere ist darauf zu achten, dass die Bildung von Zwischenschicht-Hohlraumanteilen zwischen der ersten und der zweiten Kapselung verhindert wird. Derartige Hohlraumanteile könnten in Folge innerer Spannungen auftreten, die entstehen, wenn die sekundäre Kapselung beim Aushärten schrumpft. Dies lässt sich erreichen, indem ein Trennmittel auf die Form aufgebracht wird, um zu verhindern, dass die sekundäre Kapselung an den Seiten der Form haftet, so dass die aushärtende sekundäre Kapselung, während sie schrumpft, vorzugsweise eher an der Primärkapselung als an den Oberflächen der Form haftet. Alternativ könnte, statt ein Trennmittel zu verwenden, die Form mit einer flexiblen Folienauskleidung ausgelegt werden, um zu verhindern, dass die sekundäre Kapselung an den Oberflächen der Form haftet.
Wie zuvor erwähnt worden ist, ist der Aufbau herkömmlicher Hochspannungsdioden nicht darauf abgestellt, einfallendes Licht effektiv zu nutzen; in der Tat sind viele Hochspannungsdioden in einem Material verkapselt, das die pn-Übergänge wirksam davor schützt, Licht ausgesetzt zu sein. Im Gegensatz dazu versucht die vorliegende Ausführungsform die bekannte Wirkung, die Licht auf pn-Übergänge hat, auszunutzen, wobei es dort, wo das Schaltelement unter Verwendung einer handelsüblichen diskreten Hochspannungsdiode hergestellt ist, statt die Diode vor einem Lichteinfall zu schützen, angesichts der Tatsache, dass der Aufbau nicht für eine Lichterfassung optimiert ist, eher erstrebenswert ist, den Lichteinfall zu maximieren. Folglich wird bzw. werden dort, wo eine Verbesserung des Lichteinfalls erforderlich ist, zusätzlich zu der Anordnung der LED 12 in unmittelbarer Nähe der Hochspannungsdiode 10 bei einer optimalen Ausrichtung in Bezug auf diese, eine reflektierende Fläche oder reflektierende Flächen vorgesehen, um Licht, das nicht direkt auf die Hochspannungsdiode fällt, umzulenken.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird dies mittels einer Schicht oder Beschichtung aus einem Material 16 umgesetzt, das die Hochspannungsdiode 10 und die LED 12 umfasst und dazu dient, Licht in Richtung der Stellen auf der Hochspannungsdiode zu reflektieren, an den der Lichteinfall benötigt wird. Wenigstens ein Teil der Schicht/Beschichtung 16 weist vorteilhaft eine etwa sphärische Kontur auf. Die Schicht/Beschichtung 16 könnte beispielsweise aus MgO gebildet sein.
Die Gesamtheit aus der Hochspannungsdiode 10, der LED 12 und der Verkapselungsmasse 14 wird in einer Masse aus Gießstoff 18 (tertiäre Kapselung) eingeschlossen, die gute elektrisch isolierende Eigenschaften besitzt und die Gesamtheit derart umschließt, dass die Zuleitungen 20 der Hochspannungsdiode 10 und die Elektroden 22 der LED zum Verbinden mit einer externen Schaltungsanordnung bloßliegen, während die Diode 10 vor Licht aus der Umgebung geschützt ist. Wenn die tertiäre Kapselung geeignet gewählt ist, kann auf die gesonderte Reflexionsschicht 16 verzichtet werden, wobei die tertiäre Kapselung 18 ein weiß reflektierendes Material sein könnte, wie etwa jenes, das von RS-Components unter der Artikel Nr. RS552-668 bezogen werden kann.
Die Form und die Abmessungen der Gesamtheit sind derart gewählt, dass zwischen der Niederspannung, bei der die Diode 12 arbeitet, und der viel höheren Spannung, bei der die Hochspannungsdiode 10 arbeitet, eine geeignete elektrische Isolation geschaffen wird. Wo beispielsweise nur eine sekundäre Kapselung verwendet worden ist (mit oder ohne die Reflexionsschicht 16), werden die Form und die Bemessung der sekundären Kapselung so gewählt, dass die Abstände zwischen den Hoch- und Niederspannungs-Zuleitungen 20, 22, über die freiliegende Oberfläche der sekundären Kapselung gemessen, mindestens 3 mm für jedes kV betragen, das an der Hochspannungsdiode 10 anliegt. Falls jedoch die Gesamtheit in einem Gießstoff verkapselt ist (beispielsweise zusammen mit weiteren Bauelementen, die gemeinsam mit der Baueinheit, die die Dioden 10 und 12 umfasst, eine elektrische Schaltung bilden), wird die Außenseite der sekundären Kapselung nicht der Luft ausgesetzt, wobei die Form und die Bemessung in diesem Fall derart sind, dass ein Abstand zwischen den Zuleitungen 20, 22, gemessen über die Außenseite der sekundären Kapselung, von mindestens 1 mm für jedes kV, das an die Diode 10 anzulegen ist, ermöglicht wird.
Im Fall einer LED RS635-296 muss die Schwellenspannung von ungefähr 1,3 V überschritten werden, um das Licht zu erzeugen, dass erforderlich ist, damit die Hochspannungsdiode in Rückwärtsrichtung leitend wird. Die LED erfordert typisch nur 1 mA zum Öffnen des Schalters; es wird jedoch bevorzugt, insbesondere wenn sie für die Erzeugung eines bipolaren Ausgangssignals verwendet wird, wie im Folgenden anhand der 4 beschrieben wird, dass der Anfangsspitzenstrom zu der LED bis zu etwa 300 mA sein sollte, um eine maximale Strombelastbarkeit zu bieten, gefolgt von einer Stromzufuhr von 5 bis 30 mA (vorzugsweise 5 bis 10 mA), um für eine typische Anwendung, wie etwa ein elektrostatisches Sprühen, das nachfolgend beschrieben ist, einen ausreichenden Hochspannungskreis-Ausgangsstromfluss aufrechtzuerhalten.
Eine Anwendung eines Hochspannungs-Schwachstrom-Schaltelements, wie etwa jenes, das weiter oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, ist in der 2 veranschaulicht, die schematisch die Konfiguration der Spannungserzeugungsschaltung zeigt, die in einer elektrostatischen Sprühvorrichtung verwendet wird, die, sofern es der Kontext zulässt, irgendeine der in EP-A-120 633, EP-A-441 501, EP-A-468 735 und EP-A-468 736 offenbarten Formen annimmt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst ein Hochspannungsgenerator 30, der von einem Niederspannungskreis 32 gespeist wird, eine Batteriesäule 34 und einen vom Benutzer bedienbaren Schalter 36 mit einer Verbindung zur Erde. Die Erdverbindung wird vorteilhaft durch den Benutzer hergestellt, dadurch, dass beispielsweise ein Metallkontakt an der Vorrichtung vorgesehen wird, den der Benutzer zwangsläufig berührt, wenn er einen Griffabschnitt der Vorrichtung hält. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist in EP-A-120 633 gezeigt.
Der Griffabschnitt kann mit einem Auslösehebel ausgestattet sein, der, wenn er von dem Benutzer betätigt wird, dazu dient, den Schalter 36 zu betätigen und einen Druck auf ein Gefäß 40 auszuüben, das Flüssigkeit zur Versorgung einer Düse 42 enthält, von welcher die Flüssigkeit im Betrieb elektrostatisch versprüht wird. Beispiele für geeignete Mechanismen zur Druckbeaufschlagung eines Gefäßes, wie etwa eines Beutels, sind in dem Dokument EP-A-482 814 offenbart, das für weitere Einzelheiten herangezogen werden sollte. Die hohe Ausgangsspannung (in der veranschaulichten Ausführungsform als positiv gezeigt) des Generators 30 wird an eine Ausgangsklemme 44 angelegt, die im Betrieb auf geeignete Weise (in den zuvor erwähnten veröffentlichten europäischen Patentanmeldungen sind verschiedene Möglichkeiten offenbart) angeschlossen ist, so dass die Flüssigkeit, die am Auslass der Düse 42 austritt, geladen wird. In 3 ist die Klemme 44 mit einer Elektrode verbunden gezeigt, die in dem Flüssigkeitszuführungsweg durch die Düse 42 angeordnet ist, wobei in einer alternativen Ausführung die Klemme 44 beispielsweise an einem Ort vor dem Düsenauslass elektrisch mit der Flüssigkeit verbunden sein kann, wobei die elektrische Verbindung z. B. mittels eines Kontakts hergestellt sein kann, der die Wand des Gefäßes 40 durchdringt, wenn es aus einem isolierenden Material hergestellt ist, oder mittels der Gefäßwand 40, wenn sie aus einem leitfähigen Material hergestellt ist. Der Hochspannungsgenerator 30 ist vorzugsweise von dem Typ, der einen Oszillator verwendet, der an die Gleichniederspannungsschaltung 32 angeschlossen ist und dazu dient, ein wechselndes, im Wesentlichen rechteckförmiges Ausgangssignal zu liefern, das einem Aufwärtstransformator zugeführt wird, von dessen Sekundärwicklung die hohe Ausgangsspannung (in Form einer Impulsfolge, die typisch eine Frequenz in der Größenordnung von 20 Hz aufweist) abgegriffen und über einen Gleichrichter und eine kapazitive Schaltung an die Ausgangsklemme 44 angelegt wird, so dass eine unipolare Hochspannung bereitgestellt wird, die typisch in der Größenordnung von 10 bis 30 kV ist, wie durch Verbinden des Hochspannungsausgangs des Generators mit einem Hochspannungsmessgerät Brandenburg 139D mit einem Innenwiderstand von 30 Gigaohm gemessen wurde. Die Kapazität sorgt für eine Glättung der Impulsfolge und dient der Beseitigung sehr hoher Spannungsspitzen am Ausgang der Sekundärwicklung, die bis zu ungefähr 100 kV erreichen können.
Der Mechanismus, durch den der Sprühnebel gebildet wird, könnte ein solcher sein, bei dem das elektrostatische Feld, das sich zwischen der austretenden Flüssigkeit und einem niedrigen Potential (z. B. durch ein besonderes Target, durch die Umgebung oder durch eine Elektrode auf niedrigem Potential, die an der Vorrichtung in der Nähe der Düse angebracht ist) ausbildet, bewirkt, dass die Flüssigkeit in ein Band oder in mehrere Bänder auseinandergezogen wird, die dann auseinander brechen, um einen Sprühnebel aus elektrisch geladenen Tröpfchen zu bilden. In diesem Fall kann die Zuführung von dem Gefäß 40 zu dem Auslass der Düse 42 passiver Art sein, z. B. unter der Schwerkraft- oder der Kapillarwirkung, wobei beispielsweise eine Dochtstruktur verwendet wird, wie etwa jene, die in EP-A-120 633 oder in EP-A-486 198 oder in der PCT-Patentanmeldung Nr. GB 92/01 712 offenbart ist. Alternativ könnte der Mechanismus derart sein, dass die Flüssigkeit unter einem Druck zugeführt wird, der ausreicht, um ihren Ausstoß in Form eines schwachen Düsenstrahls zu bewirken, wobei das elektrostatische Feld bewirkt, dass der Düsenstrahl auf einen Durchmesser eingeschnürt wird, der wesentlich kleiner als die Öffnung ist, von welcher der Düsenstrahl ausgegeben wird, wodurch ein Band geformt wird, das auseinander bricht, um einen Sprühnebel aus geladenen Tröpfchen zu erzeugen. Vorrichtungen dieses letzteren Typs sind in EP-A-501 725 offenbart, wobei sie besonders geeignet sind, um Flüssigkeiten mit verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerständen zu sprühen.
Im normalen Betrieb der Vorrichtung löst das Betätigen des Auslösehebels durch den Benutzer den Schalter 36 aus, so dass der Generator 30 gespeist wird, wodurch die Flüssigkeit an der Düse 42 oder in ihrer Nähe geladen wird. Wie weiter oben erörtert worden ist, kann der Transport der Flüssigkeit zu dem Düsenauslass passiver oder erzwungener Art sein, wobei im letzteren Fall der Druck, der von dem Benutzer auf den Auslösehebel ausgeübt wird, in eine Kompression eines Behälters (wie etwa eines Beutels) überführt werden kann, um einen Transport der Flüssigkeit zu der Düse zu erzwingen. Bei einer Unterbrechung des Sprühvorgangs, z. B. infolge des Loslassens des Auslösehebels und Öffnen des Schalters 36, kann es, obwohl der Generator 30 deaktiviert ist, eine Restladung geben, die in dem System gespeichert ist, beispielsweise Ladung, die von der Kapazität, die der Last (z. B. irgendeiner Metallkomponente, wie etwa einem Metallbehälter, der das Gefäß für die Flüssigkeit bildet, oder irgendwelchen Metallkomponenten auf der Hochspannungsseite des Generators 30) zugeordnet ist, gespeichert wird. Wenn nicht geeignete Hilfsmittel verwendet werden, stellt diese gespeicherte Ladung eines potentielles Risiko dar, dass der Benutzer einen elektrischen Schlag erhält, beispielsweise, wenn er unmittelbar nach dem Einstellen des Sprühens versucht, Zugang zu dem Behälter zu erlangen, um ihn zu ersetzen.
Bei hochleistungsfähigen Sprühvorrichtungen des Typs, der für industrielle Zwecke verwendet wird und durch eine Wechselstromquelle gespeist wird, die von der Sprühvorrichtung getrennt ist, besteht eine übliche Lösung darin, den Hochspannungsausgang des Generators über einen Schutzwiderstand zu erden, so dass dann, wenn das Sprühen ausgesetzt wird, die Restladung über den Schutzwiderstand schnell zur Erde abgeleitet wird. Um ein schnelles Ableiten zu gewährleisten ist der Wert des Schutzwiderstands verhältnismäßig gering. Folglich ist die Energieversorgung der Vorrichtung so beschaffen, dass sie genügend Energie liefert, um den ständigen Stromverbrauch, der durch den geringen Wert des Schutzwiderstands bedingt ist, zu kompensieren. Für Industrieanlagen, die von einer gesonderten Wechselstromquelle gespeist werden, stellt dies kein besonderes Problem dar. Jedoch im Fall einer kompakten und preiswerten Sprühvorrichtung, die zum Versprühen von Verbrauchsgütern (z. B. Parfümen, Körperpflege-Zusammensetzungen, Raumdüften, Farben und dergleichen) bestimmt ist, wo die Energiequelle in Form einer in der Vorrichtung untergebrachten Gleichspannungs-Batteriespeisung vorliegt, ist es kaufmännisch nicht vertretbar, einen Schutzwiderstand zu verwenden, der im Übrigen während des Sprühens einen signifikanten Anteil des Stroms abführen würde.
Um zum Zeitpunkt der Deaktivierung des Generators 30 einen Ableitungspfad für die kapazitiv gespeicherte Restladung zu schaffen, ist, wie in 2 gezeigt ist, ein Schaltelement 46, wie es mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist, zwischen die positive Hochspannungs-Ausgangsklemme 44 und Erde geschaltet, wodurch die Hochspannungsdiode 48 in Sperrrichtung vorgespannt wird. Während des normalen Sprühbetriebs ist die LED 50 inaktiv, und die Diode 48 ist, abgesehen von einem zu vernachlässigenden Dunkelstromfluss, praktisch nichtleitend. Wenn der Generator 30 deaktiviert wird, wird die LED vorübergehend aktiviert, wodurch die Hochspannungsdiode in der Rückwärtsrichtung leitend gemacht wird, um für die gespeicherte Restladung einen Pfad zur Erde zu schaffen.
Das Aktivieren der LED 50 erfolgt automatisch als Reaktion auf das Loslassen des Auslösehebels durch den Benutzer. Das Loslassen des Auslösehebels wird von einer Bewegung des Schalters 36 vom Pol 52 zum Pol 54 begleitet, wodurch der Widerstandsteiler R1, R2 an den Eingang der Eingangsseite des Generators 30 angeschlossen wird. Als Folge wird die mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnete Eigenkapazität der Eingangsseite des Generators 30 über den Teiler R1, R2 zur Erde abgeleitet. Dieser Stromfluss lässt eine Steuerspannung an der Basis des Transistorschalters 58 entstehen, der in einen "Ein"-Zustand geschaltet wird, um die LED 50 über den Strombegrenzungswiderstand 60 mit der Batterie-Energieversorgung 34 zu verbinden. Auf diese Art und Weise wird die LED aktiviert, die Hochspannungsdiode 48 leitend zu machen, um die Restladung abzuführen.
Der von der Eigenkapazität 56 abgeleitete Steuerstrom ist nur während eines begrenzten Zeitraums wirksam, der durch die Zeitkonstante des Widerstands/Kapazitäts-Netzwerks, das aus den Bauelementen 56, R1, R2 gebildet ist, bestimmt ist. Wenn der Steuerstrom abklingt, kehrt der Transistorschalter 58 in den "Aus"-Zustand zurück, und die LED 50 wird deaktiviert. Praktisch ist die Schaltung so ausgelegt, dass ein ausreichendes (gewöhnlich vollständiges) und schnelles Abführen der Restladung an der Ausgangsseite des Generators 30 gewährleistet ist, um jeglichem Risiko, dass der Benutzer einen elektrischen Schlag erhält, vorzubeugen.
In 2 ist nur ein Schaltelement 46 gezeigt; jedoch kann es in einigen Fällen, vor allem, wenn die von dem Generator abgegebene Hochspannung besonders hoch ist, z. B. 30 kV oder mehr, zwei Schaltelemente 46 geben (oder noch mehr, obgleich zwei für die meisten Zwecke ausreichend sein wird), die mit den Hochspannungsdioden 48 davon in Reihe zwischen die Ausgangsklemme 44 und Erde geschaltet sind. In diesem Fall wird die Schaltung entsprechend abgewandelt, damit beide LEDs 50 gespeist werden.
In 2 ist die Hochspannungsdiode 48 in Bezug auf die ausgegebene Hochspannung, die an der Klemme 48 anliegt, in Sperrrichtung vorgespannt. In einer alternativen Ausführungsform kann sie so angeordnet sein, dass sie eine Doppelfunktion erfüllt, nämlich das Ableiten der Restladung, wenn das Sprühen ausgesetzt wird, und das Gleichrichten des Ausgangssignals, das an der Sekundärwicklung des Aufwärtstransformators des Generators 30 erzeugt wird. Da diese Ausführungsform im Allgemeinen jener von 2 ähnlich ist, ist in 3 der Niederspannungskreis 32 in Form eines Blocks gezeigt, wobei jedoch klar ist, dass er die gleiche Form wie in 2 hat; außerdem sind in 3 gleichartige Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 bezeichnet. Die Funktionsweise der Ausführungsform von 3 ist im Allgemeinen derjenigen von 2 gleich, ausgenommen die nachfolgend beschriebenen Punkte. Die Hochspannungsdiode 48 ist in diesem Fall in Durchlassrichtung vorgespannt zwischen die Sekundärwicklung S des Aufwärtstransformators und die Ausgangsklemme 44 geschaltet. Der Kondensator 62 (der ein diskretes Schaltungselement oder eine Kapazität, die durch die Last vorhanden ist, sein könnte) dient dazu, Hochspannungsspitzen zu beseitigen und für eine Glättung zu sorgen, wie mit Bezug auf 2 beschrieben worden ist. Bei einem Betrieb des Generators 30 wird das Ausgangssignal der Sekundärwicklung durch die Hochspannungsdiode 48 gleichgerichtet, so dass ein unipolares Ausgangssignal an die Klemme 44 geliefert wird. Wenn das Sprühen ausgesetzt und der Generator 30 deaktiviert wird, wird die LED 50 in der mit Bezug auf 2 beschriebenen An und Weise vorübergehend aktiviert, um die Hochspannungsdiode 48 in Sperrrichtung leitend zu machen, wodurch über die Sekundärwicklung S ein Ableitungspfad für die Restladung, die von dem Kondensator 62 und der Kapazität, die mit der Last verknüpft ist, gespeichert worden ist, zur Erde geschaffen wird.
4 veranschaulicht eine Ausführungsform, die die Schaltelemente für die Erzeugung eines bipolaren Ausgangssignals an der Ausgangsklemme der Vorrichtung verwendet. Eine Vorrichtung, die ein bipolares Ausgangssignal erzeugt, könnte verwendet werden, um einen Schlag zu verhindern, wie in EP-A-468 736 offenbart ist, oder um das Sprühen von Targets zu bewirken, die sich normalerweise schwer elektrostatisch sprühen lassen (z. B. Targets, die aus elektrisch isolierendem Material bestehen), wie in EP-A-46 873 offenbart ist. Die Ausführung von 4 könnte in verschiedenen Formen einer Sprühvorrichtung des Typs, auf den sich weiter oben im Zusammenhang mit 2 bezogen worden ist, verkörpert sein, z. B. in Vorrichtungen, die entweder eine passive oder eine erzwungene Zuführung der Flüssigkeit zu der Sprühdüse verwenden.
In 4 ist der Hochspannungsgenerator 72 mit seinem Niederspannungseingang an eine Gleichspannungs-Batteriespeisung 34 und an einen vom Benutzer bedienbaren Schalter 36, der Teil eines Niederspannungskreises 68 ist, angeschlossen. Die Hochspannungsseite der Sekundärwicklung S des Aufwärtstransformators, die in den Hochspannungsgenerator 72 integriert ist, erzeugt eine Hochspannung in Form einer Wechselimpulsfolge (typisch mit einer Frequenz in der Größenordnung von 20 Hz), die an eine Paar herkömmlicher Hochspannungsdioden 74, 76, die parallel geschaltet, jedoch in entgegengesetzter Richtung vorgespannt sind, gekoppelt wird. Die in der Sekundärwicklung S induzierte wechselnde EMK wird folglich gleichgerichtet, wobei die positiven Halbzyklen der Spannung die Diode 74 durchlaufen und die negativen Halbzyklen die Diode 76 durchlaufen. Den Dioden 74, 76 ist jeweils ein Kondensator 78 bzw. 80 zugeordnet, um Spannungsspitzen zu beseitigen und für ein Glätten der Impulse zu sorgen. Die Schaltelemente 82A, B steuern die Kopplung der Generatorspannung zu der Ausgangsklemme 80, die ihrerseits auf jede geeignete Art an die Düse gekoppelt ist, um eine Hochspannung an die aus dem Düsenauslass austretende Flüssigkeit anzulegen. Jedes Schaltelement 82A, B umfasst eine Hochspannungsdiode 84A, B und eine zugeordnete LED 86A, B und ist so beschaffen, dass es in der zuvor mit Bezug auf 1 bis 3 beschriebenen Art und Weise funktioniert.
Jede Diode 84A, B ist in Reihe und in Wechselkopplung zu einer der herkömmlichen Dioden 74 bzw. 76 geschaltet. Die Aktivierung der LEDs 86A, B wird durch die Steuerschaltung 88 derart gesteuert, dass die Dioden 84A, B abwechselnd und zyklisch in Sperrrichtung leitend gemacht werden, wobei die Steuerschaltung 88 als Reaktion auf das Schließen eines vom Benutzer bedienbaren Schalters 36 aktiviert wird (z. B. als Reaktion auf das Pressen eines Auslösehebels, der mit einem Griffabschnitt der Vorrichtung verbunden ist). Die Steuerschaltung 88 ist so beschaffen, dass die Dioden 84A, B mit einer Frequenz, die der mittels des bipolaren Ausgangssignals zu erreichenden Wirkung, z. B. einer Schlagunterdrückung oder einem Sprühen von isolierenden Targets, wie in EPA-468 736 und 468 735 offenbart ist, angemessen ist, abwechselnd leitend werden. Folglich kann beispielsweise die Steuerschaltung 88 so betrieben werden, dass sie die Leitung der Dioden 84A und 84B derart steuert, dass an der Ausgangsklemme 80 ein bipolares Ausgangssignal von im Allgemeinen rechteckiger Form mit einer Frequenz in der Größenordnung von bis zu 10 Hz, typisch von 1 bis 2 Hz, erzeugt wird.
Es ist klar, dass die in 2 bis 4 schematisch dargestellten Schaltungen sowie die Flüssigkeitszuführung in der Praxis in einem gemeinsamen Gehäuse verwirklicht sind, so dass die Vorrichtung kompakt und tragbar ist.
Wie nunmehr in 5 gezeigt ist, hat in dieser Ausführungsform der Hochspannungsgenerator 100 seine Eingangsseite mit der Gleichniederspannungs-Speiseschaltung 101 verbunden, während sein Ausgang dafür vorgesehen ist, wahlweise an eine oder mehrere einer Anzahl von Vorrichtungen gekoppelt zu werden, die eine hohe Ausgangsspannung erfordern. In 5 erzeugt folglich der Generator 100 an seiner Ausgangsklemme 102 eine unipolare Spannung, die an drei Abgabevorrichtungen A, B und C angelegt werden kann, die über Schaltelemente 104A, B und C mit der Ausgangsklemme 102 verbunden werden, wobei jedes der Schaltelemente eine Hochspannungsdiode 106A, B, C und LEDs 108A, B, C umfasst und so beschaffen ist, dass es in der weiter oben beschriebenen Art und Weise arbeitet. Die Dioden 106A, B, C sind so angeordnet, dass sie in Bezug auf die vom Generator 100 erzeugte Ausgangsspannung in Sperrrichtung vorgespannt sind. Die Schaltvorrichtungen werden durch die Steuerschaltung 110 gesteuert, die programmiert oder selektiv betriebsfähig sein könnte, um Strom zu irgendeiner oder zu mehreren der LEDs zu liefern, um die zugeordnete Diode in Rückwärtsrichtung leitend zu machen, wodurch das Anlegen der von dem Generator ausgegebenen Spannung an die entsprechende(n) Abgabevorrichtungen) ermöglicht wird. Auf diese Weise können die Abgabevorrichtungen A, B, C in einer vorprogrammierten Reihenfolge oder in jeder gewünschten Art und Weise betrieben werden. Beispielsweise kann der Steuereinheit 110 eine Anzahl von benutzerbedienbaren Schaltern oder ein anderes Mittel zugeordnet sein, wodurch der Benutzer auswählen kann, welche der Abgabevorrichtungen (wie etwa elektrostatische Sprühdüsen, wie hier beschrieben) betrieben wird. Als Reaktion auf die Auswahl einer bestimmten Vorrichtung durch den Benutzer kann die Steuereinheit 110 dann die entsprechende LED aktivieren, um die Lieferung der von dem Generator abgegebenen Hochspannung an diese Vorrichtung zu ermöglichen.
Nun zu 6: Die veranschaulichte Sprühpistole ist für einen handgehaltenen Gebrauch bestimmt und eignet sich zum Sprühen von verhältnismäßig dickflüssigen Zubereitungen mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, wie etwa Farben, bei Durchsatzraten von bis zu mindestens 4 cm³/min. Eine typische Zubereitung, die zu sprühen ist, weist eine Viskosität in der Größenordnung von 1 Poise und einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 5 × 10⁶ Ohm·cm auf. Die Sprühpistole umfasst einen Rumpfteil 202 und einen Griff 204. Der Rumpfteil 202 hat die Form einer Röhre aus einem isolierenden Kunststoffmaterial, z. B. einem hochisolierenden Material wie etwa Polypropylen. An dem vom Griff 204 entfernten Ende ist der Rumpfteil mit einer Hülse 206 versehen, die ebenfalls aus einem hochisolierenden Material wie etwa Polypropylen gebildet ist und die, um schnell gelöst werden zu können und Zugang zu dem Flüssigkeitsbehälter zu gewähren, mittels eines Schraubengewindes oder anders lösbar mit dem Rumpfteil in Eingriff gebracht ist. Die Hülse 206 sichert eine Komponente 208 am Ende des Rumpfteils 202, wobei die Komponente 208 eine Basis 210 und einen einteilig ausgebildeten, ringförmigen Schutzmantel 212 umfasst, der von der Pistole nach vorn übersteht.
Die Basis 210 weist eine mittige Öffnung auf, durch welche eine Düse 214 vorsteht, wobei das hintere Ende der Düse 214 mit einem Flansch 215 ausgebildet ist, der an der Rückseitenfläche der Basis 210 anliegt. Die Düse 214 ist aus einem hochisolierenden Material wie etwa Polyoxymethylen (z. B. "Delrin"), typisch mit einem Volumenwiderstand in der Größenordnung von 10¹⁵ Ohm·cm, gebildet. Der Rumpfteil 202 nimmt eine auswechselbare Patrone 216 auf, die die zu sprühende Flüssigkeit zur Düse 214 liefert. Da es erforderlich ist, dass die Pistole Flüssigkeit mit einer Durchsatzrate von bis zu mindestens 4 cm³/min liefert, ist eine aktive Zuführung der Flüssigkeit zu der Düse 214 erforderlich, die in dieser Ausführungsform der Erfindung durch die Verwendung einer Patrone in Form einer so genannten "Barrierenpackung", die einen Metallbehälter 218 umfasst, der durch verflüssigtes Treibmittel, z. B. Fluorkohlenwasserstoff 134A, druckbeaufschlagt wird, wobei die zu sprühende Flüssigkeit in einem flexiblen Metallfolienbeutel 220 eingeschlossen ist, der die Flüssigkeit von dem Treibmittel trennt, bewirkt wird. Der Innenraum des Beutels 220 steht mit einem axialen Durchgang 222 im Inneren der Düse über ein Ventil 224 in Verbindung, das in ähnlicher Weise wie das Ventil einer herkömmlichen Aerosoldose arbeitet, wobei das Verstellen des Ventils nach hinten in Bezug auf den Behälter 218 das Ventil 224 öffnet, um (auf Grund der Druckbeaufschlagung, die durch das Treibmittel herbeigeführt wird) einen aktiven Flüssigkeitsstrom in den Durchgang 222 zu ermöglichen. Der Durchgang 222 endet an seinem vorderen Ende in einer Bohrung kleineren Durchmessers, die den Auslass der Düse bildet. Das vordere Ende der Düse 214 endet in der Nähe oder in einer Ebene, die das vordere Ende des Schutzmantels 212 enthält.
Hinter der Patrone 216 nimmt der Rumpfteil 202 einen Hochspannungsgenerator 226 auf, der in einen röhrenförmigen Träger 228 eingebaut ist. Der Träger 228 ist eingesetzt, um die Gleitbewegung axial zum Rumpfteil 202 zu begrenzen. Eine Spannfeder 230 spannt den Träger 228 am hinteren Ende vor. Der Hochspannungsgenerator 226 ist von dem Typ, der einen gepulstes Ausgangssignal erzeugt und dieses anschließend gleichrichtet und glättet, um ein Gleichhochspannungs-Ausgangssignal zu erzeugen. Eine geeignete Form eines Generators 226 dieses Typs ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 163 390 beschrieben. Der Generator weist einen Hochspannungs-Ausgangspol 232 auf, der mittels einer Leitung 233 mit einem Kontakt 234 verbunden ist, der an dem Träger befestigt und so angeordnet ist, dass er mit dem hinteren Ende des Metallbehälters 218 in Eingriff gelangt. Ein zweiter Ausgangspol 235 des Generators ist so angeordnet, dass er über die Leitung 236, den Widerstand 238 und einen leitfähigen Kontaktstreifen 240, der an der Außenseite des Griffs 204 angebracht ist, geerdet wird, derart, dass, wenn die Pistole vom Benutzer gehalten wird, durch den Benutzer ein Pfad zur Erde geschaffen wird. Der Generator wird von einer Niedervolt-Gleichspannungsversorgung gespeist, die eine Batteriesäule 242 umfasst, die in dem Griff 204 untergebracht ist und einen Teil eines Niederspannungskreises bildet, der die (über den Widerstand 238 und den Benutzer) an die Erde angeschlossene Leitung 236 sowie eine Leitung 244, welche die Batteriesäule 242 über einen Mikroschalter 246 mit der Eingangsseite des Generators 226 verbindet, enthält.
Das Ventil 224 wird im Gebrauch durch die Relativbewegung zwischen der Patrone 216 und dem Rumpfteil 202 geöffnet, während die Düse 214 in Bezug auf den Rumpfteil unbeweglich bleibt. Die Bewegung, um das Ventil 224 zu betätigen, wird durch die Bewegung der Generator/Träger-Baueinheit auf die Patrone 216 übertragen, wobei die erstere durch Betätigen eines Auslösehebels 248 bewegt wird, der dem Griff 204 zugeordnet ist und der, wenn er gedrückt wird, den Hebel 250 um seine als Drehpunkt dienende Verbindung 252 schwenkt, wodurch ein weiterer Hebel 254 geschwenkt wird, der um 256 drehpunktgelagert und über die Verbindung 258 mit dem Hebel 250 gekoppelt ist. Der Hebel 254 liegt am hinteren Ende des Trägers 228 an, so dass ein Schwenken des Hebels 254 ein Verschieben des Trägers und folglich der Patrone nach vorn bewirkt, wodurch das Ventil 224 geöffnet wird. Bei einem Loslassen des Auslösehebels 248 werden die verschiedenen Komponenten durch geeignete vorspannende Mittel, einschließlich einer Feder 230, in ihre Ausgangspositionen zurückgestellt, die in 6 gezeigt sind. Das Drücken des Auslösehebels 248 geht außerdem mit einer Bewegung einer Verbindung 260 einher, die an den Mikroschalter 246 gekoppelt ist, so das die Bedienung des Auslösehebels von einer Mikroschalteroperation begleitet ist, um eine Niederspannung an den Generator 226 zu liefern.
Die von dem Generator erzeugte Hochspannung, die bei einer Vorrichtung, die dafür vorgesehen ist, verhältnismäßig dickflüssige Flüssigkeiten mit einem geringen spezifischen Widerstand und Durchsatzraten von bis zu mindestens 4 cm³/min (z. B. bis zu 6 cm³/min oder sogar mehr) zu sprühen, typisch 25 kV übersteigt, wird über den Kontakt 234, den Metallbehälter 218 und die Flüssigkeit in dem Durchlass 222 an den Auslass der Düse 214 gekoppelt, um für ein elektrisches Feld zwischen der Düsenspitze und der Umgebung auf Erdpotential zu sorgen. Dieses elektrische Feld wird mit Ziel aufgebaut, die an dem Düsenauslass austretende Flüssigkeit in ein Band zu ziehen, das in einen divergenten Sprühnebel aus etwa gleich großen, elektrisch geladenen Tröpfchen auseinander bricht, die sich für eine Ablagerung in Form eines gleichmäßigen Films eignen. Wegen der verhältnismäßig dickflüssigen Natur der zu sprühenden Zubereitung (z. B. in der Größenordnung von 1 Poise), muss der Durchmesser des Auslasses verhältnismäßig groß sein (typisch mindestens 600 μm), um Durchsatzraten von bis zu mindestens 4 cm³/min zu erzielen. Außerdem ist es bei verhältnismäßig dickflüssigen Materialien notwendig, um eine zufrieden stellende Bandbildung (insbesondere die Bildung eines einzigen axial ausgerichteten Bands) bei Durchsatzraten dieser Größenordnung zu erzielen, bei Spannungen zu arbeiten, die höher als jene sind, die für Flüssigkeiten niedrigerer Viskosität erforderlich sind, da das Formieren des Bands aus dickflüssigen Materialien eine größere elektrische Feldstärke erfordert.
Aus diesem Grund hat der Generator 226, der in der Sprühpistole von 6 verwendet wird, eine Ausgangsspannung von 25 kV oder höher, gemessen durch Verbinden des Hochspannungsausgangs des Generators mit einem Hochspannungsmessgerät Brandenburg 139D mit einem Innenwiderstand von 30 Gigaohm. Jedoch würde die Verwendung von Spannungen dieser Größenordnung normalerweise zu einem unerwünschten Sprühen führen, wahrscheinlich infolge von Koronaentladungseffekten, da die Feldstärke in der unmittelbaren Umgebung des Düsenauslasses das Durchschlagpotential von Luft überschreiten könnte. Ein solches unerwünschtes Sprühen könnte beispielsweise zu stark polydispersen Tröpfchen in Form eines Nebels sehr feiner Tröpfchen, die sich von dem Band abspalten, und zu schwach divergenten, achsennahen Strömen von großen Tröpfchen führen.
Bei der Pistole von 6 wird eine zufrieden stellende Bandformierung und ein zufrieden stellendes Auseinanderbrechen bei einem Vorliegen von Spannungen von 25 kV oder mehr durch Vorsehen der Komponente 208 und insbesondere des ringförmigen Schutzmantelabschnitts 212 erreicht. Die Komponente 208 ist aus einem halbisolierenden Material (typisch mit einem Volumenwiderstand von bis zu 10¹¹–10¹² Ohm·cm), z. B. "Hytrel", Klasse 4778, erhältlich von Du-Pont, gebildet und mit einem nach hinten überstehenden ringförmigen Abschnitt 262 in Kontakt mit dem Metallbehälter 218 angeordnet, so dass sich die über den Kontakt 234 angelegte Spannung am vorderen Ende des Schutzmantels 212 aufbaut, wobei sie von gleicher Polarität und im Wesentlicher gleicher Größe wie die Spannung ist, die am Auslass der Düse 214 erzeugt wird. Der ringförmige Abschnitt 262 ist zwischen dem vorderen Ende des Rumpfteils 202 und einem Flansch 264 an der Hülse 206 eingeschlossen, so dass die Komponente 208 in Bezug auf den Rumpfteil 202 fest ist. Das Betätigen des Auslösehebels 248 führt zu einem Verschieben des Behälters 218 in Bezug auf die Komponente 208, wobei jedoch der elektrische Anschluss durch einen Gleitkontakt zwischen dem vorderen Ende des Behälters 218 und dem Innenkreis des ringförmigen Abschnitts 262 erhalten bleibt.
Es ist klar, dass der Kontakt zwischen dem Hochspannungsgenerator und dem Schutzmantel auf eine andere Weise als durch die gezeigte Gleitkontaktanordnung erzielt werden kann; beispielsweise kann der Kontakt durch einen Federkontakt hergestellt werden. Normalerweise wird der Kontakt so beschaffen sein, dass gewährleistet ist, dass eine Spannung, die im Wesentlichen jener entspricht, die an der Düsenspitze aufgebaut wird, vor oder im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Beginn des Sprühens an dem Schutzmantel ausgebildet wird, so dass der Schutzmantel sofort bei Beginn des Sprühens wirksam ist.
Durch ein geeignetes Anordnen des vorderen Endes des Schutzmantels in Bezug auf die Spitze der Düse kann die Feldstärke in der unmittelbaren Umgebung der Düsenspitze hinreichend abgeschwächt werden, um die Formierung eines einzigen Bands hervorzurufen, das in Tröpfchen etwa gleicher Größe auseinander bricht. Die optimale Position des Schutzmantelendes kann leicht durch Probieren, d. h. mittels einer Prototyp-Version der Pistole, die einen in Achsrichtung einstellbaren Schutzmantel besitzt, ermittelt werden. Auf diese Weise kann der Schutzmantel von einer zurückgezogenen Position nach vorn gestellt werden, während die Wesensart des Sprühnebels beobachtet wird. Anfangs, bei zurückgezogenem Schutzmantel, sind die weiter oben erwähnten unerwünschten Sprühwirkungen zu beobachten, und durch Vorwärtsbewegen des Schutzmantels wird eine Position erreicht, bei der sich die Sprühnebelqualität merklich verbessert und Tröpfchen etwa gleicher Größe zu beobachten sind. Ein Einstellen über diesen Punkt hinaus wirkt sich anfangs nicht auf die Qualität des Sprühnebels aus, führt aber in der Tendenz zu einer Fokussierungswirkung. In der Praxis, wo die Spannung, die sich am Schutzmantelende aufbaut, im Wesentlichen die gleichen Größe wie jene an der Düsenspitze aufweist, ist festgestellt worden, dass die optimale Position eher ein solche ist, bei der die Spitze der Düse mehr oder weniger mit einer Ebene zusammenfällt, die das vordere Ende des Schutzmantels enthält; in einer typischen Anordnung, bei Verwendung eines Schutzmantels mit einem Innendurchmesser von 16 mm und einem Außendurchmesser von 20 mm, ragt die Düsenspitze ungefähr 1 mm über diese Ebene hinaus. Gewöhnlich wird die Anordnung derart sein, dass der Winkel zwischen imaginären Linien, die zwischen dem vorderen Ende der Düse und diametral gegenüberliegenden vorderen Enden des Schutzmantels verlaufen, im Bereich zwischen 140° bis 195°, stärker bevorzugt zwischen 150° und 180° liegt (wobei Winkel kleiner als 180° einer Anordnung des vorderen Düsenendes vor dem Schutzmantel entsprechen und Winkel größer als 180 ° einer Anordnung des Schutzmantels vor dem vorderen Düsenende entsprechen).
Der deutliche Unterschied in der Art des Auseinanderbrechens des Bands kann gezeigt werden, indem zwei Düsen unter sonst völlig gleichen Bedingungen mit der gleichen Flüssigkeit betrieben werden, wobei eine Düse ohne einen Schutzmantel und die andere mit einem Schutzmantel, der sich an einer optimalen Position befindet, betrieben wird. In dem Fall, in dem kein Schutzmantel vorhanden ist, geht ein typischer Zustand des Auseinanderbrechens mit der Erzeugung eines Nebels aus sehr feinen Tröpfchen in einer kurzen Entfernung von dem Düsenauslass einher, woraufhin ein Auseinanderbrechen des Mittelkerns des Bands in Ströme von schwach divergenten großen Tröpfchen folgt. Der in diesem Fall erzeugte Sprühnebel ist für die Erzeugung eines gleichmäßigen Films der Flüssigkeit (z. B. Farbe) auf einer zu besprühenden Oberfläche völlig ungeeignet. Im Gegensatz dazu wurde mit einem Schutzmantel, der sich an einer optimalen Position befand und mit im Wesentlichen der gleichen Spannung betrieben wurde, die an der Düsenspitze herrscht, beobachtet, dass das Band eine erhebliche Entfernung vom Auslass der Düse zurücklegt, bevor es in divergente Tröpfchenströme auseinander bricht, die eine schmale Größenverteilung aufweisen. Die Erzeugung eines Sprühnebels mit Tröpfchen mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 100 μm war leicht zu erreichen, wenn die Düse mit dem Schutzmantel an einer optimalen Position betrieben wurde.
Das Vorhandensein des Metallbehälters 218 kann im Zusammenhang mit der verhältnismäßig hohen Spannung, die an der Spitze der Düse anliegt (d. h. gewöhnlich mehr als 25 kV), während des Sprühens zu einem reichlichen Aufbau kapazitiv gespeicherter Ladung führen, wobei die Möglichkeit besteht, dass der Benutzer einen unangenehmen elektrischen Schlag erfährt, falls er versucht, nach dem Einstellen des Sprühens Zugang zu dem Inneren der Vor richtung zu erlangen, z. B. um die Patrone zu wechseln. Dieser Möglichkeit wird durch die Integration von Mitteln zum Ableiten der kapazitiv gespeicherten Ladung als Reaktion auf das Einstellen des Sprühens, etwa von Mitteln, die vorteilhaft in der Art und Weise beschaffen sind, wie sie zu der Ausführungsform der 2 oder 3 beschrieben worden ist, vorgebeugt.
Die Sprühpistole von 6 ist besonders geeignet, um Flüssigkeiten zu sprühen, die Viskositäten zwischen 0,5 und 10 Poise (vor allem 1 bis 8 Poise) und spezifische elektrische Widerstände zwischen 5 × 105 und 5 × 107 Ohm·cm (vor allem zwischen 2 × 106 und 1 × 107 Ohm·cm) bei Sprüh-/Durchsatzraten von bis zu mindestens 4 cm³/min und stärker bevorzugt bis zu 6 cm³/min aufweisen. Der Durchmesser des Düsenausgangs und das Spannungsausgangssignal des Spannungsgenerators 226 werden entsprechend der Viskosität und dem spezifischen elektrischen Widerstand der zu sprühenden Flüssigkeit gewählt. Typisch wird der Düsenauslass einen Durchmesser von mindestens 600 μm aufweisen, um ein Verstopfen durch Partikel, die in der verhältnismäßig dickflüssigen Flüssigkeit suspendiert sind (wie z. B. im Fall einer Farbzubereitung), zu vermeiden und die angestrebten Sprüh-/Durchsatzraten zu erreichen, ohne eine übermäßige Kraft auf den Auslösehebel ausüben zu müssen. Die Ausgangsgleichspannung des Generators 226 wird typisch zwischen 25 und 40 kV, gewöhnlich zwischen 28 und 35 kV sein, gemessen mit einem Hochspannungsmessgerät Brandenburg 139D mit einem Innenwiderstand von 30 Gigaohm. Obwohl es einfacher ist, den Schutzmantel 212 direkt mit dem Ausgang des Generators 226 zu verbinden, so dass die Spannung, die sich an dem Mantel aufbaut, im Wesentlichen von gleicher Größe wie jene ist, die an der Spitze der Düse herrscht, wird die Möglichkeit, dass die Schutzmantelspannung von jener der Düsenspitze signifikant verschieden ist, nicht ausgeschlossen; in diesem Fall kann der Spannungsunterschied durch ein geeignetes Positionieren des Schutzmantels in Bezug auf die Düsenspitze ausgeglichen werden, so dass sichergestellt ist, dass der angestrebte divergente Sprühnebel aus Tröpfchen eine schmale Größenverteilung besitzt.
Es ist klar, dass die mit Bezug auf 6 beschriebene Sprühvorrichtung zusätzlich oder alternativ modifiziert werden kann, indem ein elektronisches Schalten für andere als die hier beschriebenen Zwecke integriert wird, z. B. als Modifikation entsprechend der Ausführungsform von 4.

Claims

Elektrostatische Sprühvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse (202, 204), ein Düsenmittel (42, 214), ein Mittel (40, 216) zur Versorgung des Düsenmittels (42, 214) mit zu sprühendem Material und einen Hochspannungserzeugungskreis (30, 226) mit einer Ausgangsklemme (44, 232), über die an das Material eine Hochspannung angelegt wird, um einen elektrostatischen Sprühvorgang durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreis ein strahlungsempfindliches elektronisches Schaltmittel (46) aufweist, das bei Unterbrechung des Sprühvorgangs mittels eines Strahlungserzeugungsmittels, das das Schaltmittel bestrahlt, eine elektrische Ladung abgibt, die von Kondensatorelementen der Vorrichtung während des Sprühvorgangs gespeichert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein vom Benutzer bedienbares Mittel (36; 246) zur Steuerung der Aktivierung und Deaktivierung des Hochspannungskreises (30; 226) umfasst, bei der das elektronische Schaltmittel (46) automatisch auf die Deaktivierung des Hochspannungskreises reagiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das elektronische Schaltmittel (46) einen strahlungsempfindlichen elektronischen Schalter (48) umfasst und das Strahlungserzeugungsmittel (50) den Betrieb des elektronischen Schalters (48) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaltmittel während des Sprühvorgangs der Vorrichtung von der Hochspannung in Sperrrichtung vorgespannt wird und die Anordnung so beschaffen ist, dass das Strahlungserzeugungsmittel (50) als Reaktion auf die Deaktivierung des Hochspannungskreises das Schaltmittel (46) bestrahlt, wodurch Letzteres leitend wird, um die elektrische Ladung abzugeben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Schaltmittel (46) als Reaktion auf die Betätigung eines vom Benutzer bedienbaren Schalters (36) zur Deaktivierung des Hochspannungskreises und zur Unterbrechnung des Sprühvorgangs automatisch leitfähig wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren ein ringförmiges Element (212) umfasst, das das Düsenmittel (214) umgibt, und an das während des Sprühvorgangs eine Hochspannung mit derselben Polarität angelegt wird, die an das Material angelegt wird, um die Feldstärke in unmittelbarer Nähe zum Düsenausgang (214) zu modifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das ringförmige Element (212) mit dem Hochspannungskreis (226) verbunden ist, um während des Sprühvorgangs eine Hochspannung an das ringförmige Element anzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Spannung, die an das ringförmige Element (212) angelegt wird, dieselbePolarität und im Wesentlichen dieselbe Größe wie die Spannung aufweist, die an das Material angelegt wird, das aus dem Ausgang des Düsenmittels (214) austritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Spannung, die von dem Hochspannungskreis (30; 226) zum Anlegen an das zu sprühende Material und an das ringförmige Element erzeugt wird, mehr als 25 kV beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Hochspannung mit Hilfe des zu sprühenden Materials an das Düsenmittel (214) angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 oder nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wenn sie von Anspruch 3 oder 4 abhängen, bei der das elektronische Schaltmittel (46) Folgendes umfasst: eine Reihe von strahlungsempfindlichen Halbleiterübergängen, die zusammen eine maximale Rückwärtsgleichspannung von mindestens 1 kV aufweisen, und Klemmenmittel (20) für das Anlegen einer Hochspannung an die Übergänge, so dass die Übergänge einen Stromfluss nur in einer Richtung ermöglichen, wenn sie von der angelegten Spannung in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind, wobei das Strahlungserzeugungsmittel (12; 50), das zu den Übergängen gehört, dieselben selektiv bestrahlt, um einen Stromfluss in Rückwärtsrichtung zu erzeugen, wenn die Übergänge von einer angelegten Spannung in Sperrrichtung vorgespannt sind, und die Übergänge und das Strahlungserzeugungsmittel (12; 50) in einem festen vorherbestimmten Verhältnis gestützt werden und in einer gemeinsamen Masse (14) aus Verkapselungsmaterial verkapselt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Verkapselungsmasse (14) eine reflektierende Oberfläche oder Oberflächen (16) in der Nähe der Übergänge bereitstellt oder umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die in Form einer tragbaren unabhängigen Einheit vorliegt, die dafür ausgelegt ist, in der Hand gehalten zu werden.