DE69612441T2

DE69612441T2 - Verbesserter Treiber für elektrische Pistole

Info

Publication number: DE69612441T2
Application number: DE69612441T
Authority: DE
Inventors: Geraldo Nojima
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: TW330184B; US5812355A; DE69612441D1; AU6576896A; EP0764473B1; EP0764473A3; ES2156967T3; AU701788B2; KR970014826A; JP3615321B2; EP0764473A2; CA2186420A1; JPH09122552A

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Allgemein ist die vorliegende Erfindung in dem Fachgebiet von Ausgabeeinrichtungen angesiedelt, die zum Ausgeben/Verteilen von Fluiden, wie zum Beispiel Klebern, Dichtungsmitteln, Abdichtungsmitteln und dergleichen, verwendet werden. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung ein Treiber für elektrische Spritzpistolen, der verwendet wird, um ein in der Ausgabeeinrichtung, die manchmal als Modul oder Spritzpistole bezeichnet wird, enthaltenes Solenoid zu steuern. Ganz speziell ist die vorliegende Erfindung auf einen Steuerkreis für elektrische Spritzpistolen gerichtet, der den dem Solenoid zugeführten Strom regelt, um das schnelle Öffnen und Schließen der Ausgabepistole für wiederholbare, genaue Tropfenmuster vorzusehen, während die Wärmebildung in der Ausgabepistole minimiert wird.

Hintergrund der Erfindung

In der Verpackungsindustrie ist es bekannt, Ausgabeeinrichtungen vorzusehen, die flüssigen Kleber punktweise oder in einem anderen gewünschten Muster auf Verpackungsmaterialien verteilen. Das Verpackungsmaterial wird dann in einer vorgegebenen Art und Weise gefaltet, so dass der aufgetragene Kleber in Kontakt mit den passenden Teilen des Verpackungsmateriales kommt, um den gewünschten Behälter oder die Verpackung zu bilden. Wegen der hohen Geschwindigkeit dieses Montageprozesses wurden Ausgabeeinrichtungen entwickelt, die elektrische Steuerungssysteme verwenden.
Die bekannten Ausgabeeinrichtungen umfassen ein Ventilsystem, dass einen in einer Öffnung aufgenommenen Kolben umfasst, wobei ein Solenoid verwendet wird, um die Bewegung des Kolbens von einer geschlossenen Position in eine Ausgabeposition und wieder zurück in eine geschlossene Position zu steuern, siehe zum Beispiel EP-A 0 080 795, die den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet.
Es wurden Ausgabeeinrichtungen entwickelt, die elektrische Steuerschaltungen verwenden, um die Arbeitsweise des Solenoides zu verbessern. Zur effizienten Arbeitsweise solcher Ausgabeeinrichtungen tragen viele Faktoren bei, einschliesslich, jedoch nicht beschränkt auf, die Viskosität des aufzutragenden Klebers, die durch den Widerstand und Induktivität des Solenoids erzeugte Wärme, die Erwärmung des aufzutragenden Fluids oder Klebers und das gewünschte Muster des Klebers. Für die Arbeitsweise solcher Ausgabeeinrichtungen ist es auch wichtig, dass das Solenoid auf den Kolben wirkt, um die Öffnung bei Bedarf schnell zu öffnen und schnell zu schließen. Um diese Arbeitsweise zu erreichen, führt der Pistolentreiber dem Solenoid einen schnell wirkenden Ansprechstrom zu, um die Öffnung zu Beginn des Ausgabezyklus schnell zu öffnen. Zusätzlich hält der Pistolentreiber einen minimalen Haltestrom aufrecht, der den Kolben in einer offenen Position hält, während die Wärmemengenbildung in der Solenoidspule während der Ausgabe minimiert wird. Schließlich stellt der Pistolentreiber eine schnelle Entmagnetisierung der Solenoidspule zur Verfügung, so dass der Kolben am Ende des Ausgabezyklus die Öffnung schnell verschließt.
Es wurden verschiedene Steuerkreise für elektrische Spritzpistolen entwickelt, in dem Versuch, eine Solenoideinrichtung zu erreichen, die reaktionsfähig in Bezug auf einen schnellen Ansprechstrom, einen minimierten Haltestrom und eine schnelle Entmagnetisierung des Solenoides ist. Obwohl diese bekannten Ausgabepistoleneinrichtungen und Steuerkreise für elektrische Spritzpistolen in der Ausführung ihrer gewünschten Funktion als einigermaßen wirksam angesehen werden, haben die gegenwärtigen Ausgabepistoleneinrichtungen verschiedene Grenzen. Insbesondere verwenden die gegenwärtigen Ausgabepistoleneinrichtungen nicht die geschlossene Regelkreistechnologie, bei der der Status des Solenoidspulenstromes durch Ausgleich von Wärmeschwankungen oder anderer solcher Variablen kontinuierlich geregelt wird. Auch sehen gegenwärtige Steuerkreisen für elektrische Spritzpistolen keine Kompensation für Schwankungen in der an die Einrichtung angelegten Netzspannung vor. Mit anderen Worten, an den Ausgabepistoleneinrichtungen sind größere Modifikationen notwendig, wenn sie an unterschiedliche Stromnetze angeschlossen werden. Diese Stromnetze können zwischen 100 bis 240 Volt Wechselstrom und Frequenzen von 50 bis 60 Hertz liegen. Ein weiterer Nachteil der gegenwärtigen Steuerkreise von elektrischen Spritzpistolen ist, dass sie nur zum Steuern von maximal zwei Solenoiden geeignet sind. Ein noch anderer Nachteil der gegenwärtigen Steuerkreise von elektrischen Spritzpistolen ist, dass sie weder die Ermittlung von Erdfehlern noch die automatische Einstellung von Strompegeln für die Arbeitsweise des Solenoids vorsehen.
Gestützt auf die vorhergehenden Ausführungen ist offensichtlich, dass ein Bedürfnis für eine verbesserte elektrische Spritzpistoleneinrichtung mit einem elektrischen Spritzpistolensteuerkreis besteht, der den Strom einer Flüssigkeit durch die Ausgabepistoleneinrichtung steuert. Darüber hinaus besteht ein Bedürfnis auf dem Fachgebiet für einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis, der gleichzeitig mehrere Solenoide steuern und die notwendige Steuerung bereitstellen kann, um einen schnellen Ansprechstrom, einen minimalen Haltestrom und ein Verfahren zum schnellen Entmagnetisieren des Solenoides zu gewährleisten.

Offenbarung der Erfindung

Im Lichte des Vorhergehenden ist es ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten elektrischen Spritzpistolensteuerkreis für Ausgabepistoleneinrichtungen vorzusehen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, der durch einen Computer mit vom Bediener eingegebenen Befehlen gesteuert wird.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, mit einem umschaltbaren Netzanschluss zur Akzeptanz eines breiten Bereiches von Netzspannungen, die dann ohne Einstellen irgendeiner der in dem elektrischen Spritzpistolensteuerkreis enthaltenen Komponenten isoliert von den Benutzerschnittstellen ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, der die Fähigkeit des gleichzeitigen Steuerns von mehr als vier Solenoiden hat.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, der einen Hysterese- Bandmodulator besitzt, um gesteuerte Ansprech- und Halteströme gemäß einem durch einen Computer eingestellten Stromreferenzwert vorzusehen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, der ein Fehlererkennungssystem besitzt, das Erdfehler, Kurzschlüsse und dergleichen erfasst.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Spritzpistolensteuerkreis wie oben angegeben vorzusehen, der das Magnetfeld der Solenoide schnell auflösen kann, um eine durch das Solenoid gesteuerte schnelle Freigabe eines Kolbens vorzusehen, um den Fluidstrom durch die Ausgabepistole zu stoppen.
Die vorhergehenden und andere Aspekte der Erfindung, die mit der weiteren ausführlichen Beschreibung deutlich werden, werden durch einen Treiber für elektrische Spritzpistolen zur Anwendung in einer Ausgabeeinrichtung erreicht, umfassend: ein Solenoid mit einem beweglichem Anker zum Regeln des Fluidstromes durch die Ausgabeeinrichtung; einen umschaltbaren Netzanschluss zur Aufnahme einer Reihe von Netzspannungen zur Umformung in eine Betriebsspannung; und einen Leistungskreis zum Empfang eines Leitungsstromes, der mit der Netzspannung korreliert, die an das Solenoid zur selektiven Bewegung des beweglichen Ankers angelegt wird.
Andere Aspekte der Erfindung, die hierin offensichtlich werden, werden durch einen Treiber für elektrische Spritzpistolen in einer Ausgabeeinrichtung erreicht, umfassend: ein Solenoid mit einem beweglichen Anker zum Regeln des Fluidstromes durch die Ausgabeeinrichtung; einen Computer zum Empfangen von Eingaben zum Erzeugen eines Referenzstromes zum Regeln der Bewegung des beweglichen Ankers; und einen Leistungskreis zum Empfangen eines Modulationssignales, das mit dem Referenzstrom zum selektiven Bewegen des beweglichen Ankers korreliert.
Noch weitere Aspekte der Erfindung, die hierin aufgeführt werden, werden durch einen Treiber für elektrische Spritzpistolen zur Anwendung in einer Ausgabeeinrichtung erreicht, umfassend: einen beweglichen Anker, der mit einer Öffnung wirksam ist, wobei die Bewegung des beweglichen Ankers durch ein Solenoid gesteuert wird; einen Leistungskreis, der mit dem Solenoid elektrisch verbunden ist, wobei der Leistungskreis einen Ansprechstrom und einen Haltestrom erzeugt, der einen kleineren Wert als der Ansprechstrom hat, und der Leistungskreis den Haltestrom bei Erfordernis schnell auflöst und der Leistungskreis eine Reihe von Eingangsspannungen aufnimmt; einen umschaltbaren Netzanschluss zur Aufnahme der Reihe von Eingangsspannungen zur Umformung in eine Betriebsspannung; einen Computer zum Empfangen der Betriebsspannung und einer Bedienereingabe zum Ermöglichen seiner Arbeitsweise und zum Erzeugen eines Referenzstromes; einen Hysterese-Bandmodulator zum Empfangen des Referenzstromes und zum Erzeugen eines Modulationssignales zum Steuern des durch das Solenoid empfangenen Ansprechstromes und Haltestromes.

Beschreibung der Zeichnungen

- Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Spritzpistolensteuerkreises;
- Fig. 2A ist eine Wellenform, die einen an die Ausgabeeinrichtung angelegten Spannungswert darstellt; und
- Fig. 2B ist eine Wellenform, die einen an eine Ausgabeinrichtung angelegten Stromwert darstellt.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu erkennen, dass ein erfindungsgemäßer verbesserter Treiber für elektrische Spritzpistolen generell durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Grundsätzlich umfasst der Spritzpistolentreiber 10 einen Steuerkreis 11, eine Ausgabeeinrichtung 12, die ein Solenoid 14 mit einem beweglichen Anker oder Kolben 16 besitzt, um den Fluidstrom durch die Ausgabeeinrichtung 12 zu regeln, und einen Leistungskreis 13. Der Spritzpistolentreiber 10 hat ausserdem einen umschaltbaren Netzanschluss 18 zum Aufnehmen einer Reihe von Netzspannungen 19 zur Umformung in eine isolierte Betriebsspannung 20. Der Leistungskreis 13 empfängt einen Leitungsstrom 24, der mit der an das Solenoid 14 zum selektiven Bewegen des Ankers 16 angelegten Leitungsspannung 19 korreliert. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, regelt und steuert der Treiber 10 für elektrische Spritzpistolen den Flüssigkeitsstrom, wie zum Beispiel einen flüssigen Kleber, durch die Ausgabeeinrichtung 12 in jedem gewünschten Muster oder jeder gewünschten Reihenfolge.
Insbesondere wird der Anker 16 durch eine Feder 26 vorgespannt, die zwischen dem Anker und einem feststehendem Bezugspunkt 28 angeordnet ist. Der Anker 16 steht in Wirkungsbeziehung mit einer Öffnung 30, so dass, wenn der Anker 16 bewegt wird, die in der Ausgabeeinrichtung 12 enthaltene Flüssigkeit unter Druck durch die Öffnung 30 auf das gewünschte Objekt fließen kann. Wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, wird der Anker 16 durch das Zuführen eines Stromes durch die Spule des Solenoides 14 betätigt, die einen Widerstand 32 und eine Induktivität 34 besitzt. Obwohl nur ein Solenoid 14 dargestellt ist, ist verständlich, dass mehrere Solenoide durch den Spritzpistolentreiber 10 gesteuert werden könnten, wobei alle Solenoide vom gleichen Typ sind.
Um die richtige Arbeitsweise der Ausgabeeinrichtung 12 zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die Betätigung des Ankers 16 präzise gesteuert wird. Um dieses auszuführen, wird der Strom dem Solenoid 14 sehr schnell zugeführt. Dieses sehr schnelle Einspeisen des Stromes, der gewöhnlich als "Ansprech"-Strom bekannt ist, ist erforderlich, um die durch die Feder 26 aufgeübte Kraft und die Viskosität des in der Ausgabeeinrichtung 12 enthaltenen Fluides zu überwinden. Sobald der Anker 16 von der Öffnung 30 weggezogen ist, wird die Strommenge oder der "Haltestrom", der zum Halten des Ankers 16 in seiner Stellung erforderlich ist, erheblich reduziert. Darüberhinaus ist es infolge der großen, durch den Ansprechstrom durch die Solenoidspule erzeugten Wärmemenge wünschenswert, einen Haltestrom zu haben, der größenmäßig reduziert ist, um die Viskosität des durch die Ausgabeeinrichtung 12 fließenden Fluides nicht nachteilig zu beeinflussen. Schließlich sollte, wenn die Ausgabeinrichtung 12 zu schließen ist, die in der Solenoidinduktionsspule 34 gespeicherte Energie schnell abgeleitet werden, um die Öffnung 30 durch den beweglichen Anker 16 schnell zu verschließen. Dieses ist besonders wichtig bei der Fließbandfertigung, wo das Öffnen und Schließen der Ausgabeeinrichtung 12 entscheidend für den gleichmäßigen Arbeitsablauf des Montageprozesses ist.
Der umschaltbare Netzanschluss 18 kann einen breiten Bereich von Eingangsspannungen 19 aufnehmen, so dass der Spritzpistolentreiber 10 leicht an beliebige Elektroenergiequellen in der ganzen Welt angepasst werden kann. Durch Anwendung des umschaltbaren Netzanschlusses 18 und Aufrechterhalten eines Hysteresestrombereiches um einen Stromreferenzpegel herum, sind alle Benutzerschnittstellen von der Hauptenergie getrennt und somit kann der Spritzpistolentreiber 10 bei jeder Leitungsspannung im Bereich von 100 bis 240 Volt Wechselstrom und mit einer Frequenz von 50 bis 60 Hertz ohne irgendwelche anderen Einstellungen am Spritzpistolentreiber 10 arbeiten. Der umschaltbare Netzanschluss arbeitet bei 60 KHz in einer Rücklauftopologie mit einer +5 Volt-Logik als Konstantsekundärspannung. Der umschaltbare Netzanschluss 18 empfängt diese breiten Bereiche von Leitungsspannungen 19 und erzeugt eine isolierte Speisespannung 20 für die Anwendung durch den Spritzpistolentreiber 10.
In dem Steuerkreis 11 wird ein Computer 40 verwendet, um das Einspeisen des Ansprechstromes, des Haltestromes und seine Ableitung vom Solenoid 14 genau zu regeln und zu steuern, um die richtige Arbeitsweise des Spritzpistolentreibers 10 zu gewährleisten. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Computer 40 im Handel als Teil Nr. MC68HC11F1 von der Motorola Corporation of Schaumberg, Illinois, erhältlich. Der Computer 40 wird durch die isolierte Speisespannung 20 eingeschaltet und empfängt ausserdem kundenbezogene Eingaben an einer Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 42 zum Erzeugen eines Stromreferenzwertes 44. Insbesondere läßt der Computer 40 die Bestimmung der Dauer des Ansprechstromes und des Haltestromes durch den Bediener zu. Dieses erlaubt das Anpassen der elektrischen Spritzpistole 10 an beliebige gegebene Energie- und Zeiterfordernisse der Anwendungen und verbessert deshalb ihre Leistung. Wenn die besondere Anwendung des Spritzpistolentreibers 10 Kleber mit geringer Viskosität erfordert, ist es erforderlich, dass die Ansprechzeit verlängert wird. Gleichermaßen kann die Zeit des Ansprechstromes erheblich verkürzt werden, was eine größere Anzahl von Zyklen pro Minute in der Spritzpistolenausgabeeinrichtung 12 ermöglicht, wenn der Auftrag von kleinen Punkten oder die Anwendung eines Klebers mit hoher Viskosität oder niedriger Temperatur erforderlich ist. Es ist auch verständlich, dass der Computer 40 verschiedene Funktionsstörungen im Spritzpistolentreiber und dem Leistungskreis 13 messen und diese Informationen an den Bediener der Einrichtung durch Anzeigen an der Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 42 weiterleiten kann. Es sollte auch verständlich sein, dass durch Nutzung des Computers 40 der elektrische Spritzpistolentreiber 10 mehrere Solenoide gleichzeitig steuern kann.
In dem Steuerkreis 11 ist auch ein Hysterese-Bandmodulator 46 vorgesehen, der die Ansprech- und Halteströme durch Bilden eines bestimmten Hysterese-Strombereiches um einen Stromreferenzpegel herum regelt und die Pulsdauer der an den Leistungskreis 13 angelegten Leitungsspannung 19 moduliert, um den aktuellen Solenoidstrom innerhalb des Hysteresebereiches zu halten. Der Hysterese-Bandmodulator 46 erlaubt das Anlegen eines breiten Bereiches von Eingangsspannungen an einen Solenoidtyp und gleicht breite Solenoidtemperaturabweichungen aus, um die Ansprech- und Halteströme auf ihren gewünschten Pegeln zu halten. Um diese Funktion richtig auszuführen, erhält der Hysterese-Bandmodulator 46 ausserdem einen Rückkopplungsstrom 48, um ein Modulationssignal 50 zu erzeugen, dass auch als ein Spannungsbefehl bezeichnet wird. Wie unten erläutert wird, wird das Modulationssignal 50 durch die Stromreferenz 44 und den Rückkopplungsstrom 48 derart erzeugt, dass der Rückkopplungsstrom 48 dem Referenzstrom 44 folgt.
Im allgemeinen erhält der Leistungskreis 13 den Spannungsbefehl von dem Hysterese-Bandmodulator 46 und eine Leitungsspannung von der Eingangsspannung 19, um den Spannungsbefehl für die Arbeitsweise des Solenoides 14 zu verstärken.
Insbesondere erhält der Leistungskreis 13 den Modulationsstrom 50 an einem Tortreiber und Fehlerdetektor 52. Der Tortreiber und Fehlerdetektor 52 erzeugt ein Steuersignal 53, um die Arbeitsweise eines Bipolartransistors mit isoliertem Tor (IGBT) 54 zu steuern, der als ein Schalter wirkt. Es ist verständlich, dass das Steuersignal 53 durch die Grundschaltung des IGBT 54 empfangen wird, während sein Kollektor an den Leitungsstrom 24 und der Emitter an einen Widerstand 56 angeschlossen ist. Demzufolge wird der Schalter/IGBT 54 durch Zuführen des Steuersignales 53 wirksam geschlossen. Der Kollektor des IGBT 54 ist ausserdem an die Kathode einer Diode 58 angeschlossen, während die Anode der Diode 58 an das gegenüberliegende Ende des Widerstandes 56 angeschlossen ist. Zwischen dem Widerstand 56 und dem Emitter des IGBT 54 ist eine Detektorleitung 60 geschaltet, um ein Erdfehler- oder Kurzschlussermittlungssignal an den Tortreiber und Fehlerdetektor 52 vorzusehen. Eine Anschlusseinheit 62 des Solenoides 14 ist an die Anode der Diode 58 angeschlossen. Das gegenüberliegende Ende des Solenoides 14 hat eine Anschlusseinheit 64, die an die Anode der Diode 66 angeschlossen ist. Die Katode der Diode 66 ist mit der Leitungsspannung 19 elektrisch verbunden.
Eine Diode 68 ist mit der Anschlusseinheit 62 elektrisch verbunden. Die Katode der Diode 68 ist an die Anschlusseinheit 62 angeschlossen, während die Anode der. Diode 68 an die entgegengesetzte Polung der Leitungsspannung 19 angeschlossen ist. An die entgegengesetzte Polung der Leitungsspannung 19 ist ausserdem ein Widerstand 70 angeschlossen, der an seinem entgegengesetzten Ende an den Emitter eines Bipolartransistors mit isoliertem Tor (IGBT) 72 angeschlossen ist, der als ein Schalter wirkt. An das erste Ende des Widerstandes 70 ist ausserdem die Anode einer Nebenschlussdiode 74 angeschlossen, deren Kathode an den Kollektor der IGBT 72 angeschlossen ist. Mit der Grundschaltung des IGBT 72 verbunden ist ein Tortreiber und Fehlerdetektor 76. Somit wird der Schalter/IGBT 72 durch ein vom Tortreiber und Detektor 76 erzeugtes Signal wirksam geschlossen. Vom Emitter des IGBT 72 wird ein Stromrückkopplungssignal 78 an den Tortreiber und Fehlerdetektor 76 vorgesehen.
Ein Operationsverstärker 80, der Teil des Steuerkreises 11 ist, empfängt das Stromrückkopplungssignal 78. Der Operationsverstärker 80 hat einen nichtinvertierenden Eingang 82, der geerdet ist, einen invertierenden Eingang 84, der das Stromrückkopplungssignal 78 empfängt, und einen Ausgang 86. Der Ausgang 86 des Operationsverstärker 80 stellt den Rückkopplungsstrom 48 zur Verfügung, der ausserdem vom Computer 40 erhalten wird. Um den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 80 richtig zu steuern, stellt der Computer 40 einem veränderbaren Widerstand 92 ein Einstellsignal 90 zur Verfügung. Ein Ende des veränderbaren Widerstandes 92 ist an den nichtinvertierenden Eingang 84 angeschlossen, während das gegenüberliegende Ende des veränderbaren Widerstandes 92 an den Ausgang 86 des Operationsverstärkers 80 angeschlossen ist. Der Computer 40 sieht ausserdem ein Entmagnetisierungssignal 94 an den Leistungskreis 13 und schließlich an den Tortreiber und Fehlerdetektor 76 vor, um die Arbeitsweise des Schalters/IGBT 72 zu steuern.
In Betrieb empfängt der Spritzpistolentreiber 10 eine Eingangsleitungsspannung 19, die sowohl vom umschaltbaren Netzanschluss 18 als auch dem Leistungskreis 13 empfangen wird. Der umschaltbare Netzanschluss 18 wandelt die Leitungsspannung 19 in eine isolierte Speisespannung 20 um, die vom Computer 40 empfangen wird, um die Arbeitsweise der Ausgabeeinrichtung 12 richtig zu sequentialisieren und zu steuern. Der Computer 40 empfängt ausserdem die Eingabe 42 des Bedieners, um den Arbeitsmodus des Solenoides 14 zu bestimmen.
Um die Arbeitsweise und Steuerung des Solenoides 14 richtig zu verstehen, wird ein allgemeiner Überblick der Arbeitsweise des Hysterese-Bandmodulators 46, des Leistungskreises 13 und des Operationsverstärkers 80 gegeben. Vor dem Energetisieren des Solenoides 14 werden beide Schalter/IGBT's 54 und 72 in die offene oder Aus-Position geschaltet. Zu dieser Zeit empfängt der Hysterese-Bandmodulator 46 kein Signal vom Computer 40 oder vom Operationsverstärker 80. Sobald der Computer bestimmt, welches die erforderlichen Ansprechstrom- und Haltestromwerte sind, werden beide Schalter/IGBT's 54 und 72 in die geschlossene oder An-Position geschaltet. Dieses sorgt für das rapide Ansteigen des Ansprechstromes, der erforderlich ist, um den beweglichen Anker 16 in eine offene Position an der Ausgabeeinrichtung 12 zu bewegen. Sobald der gewünschte Ansprechstrom einen durch den Computer 40 vorgegebenen Sollwert erreicht, moduliert der Hysterese-Bandmodulator 46 den Schalter/IGBT 54 zwischen einer Ein- und Aus- Position. Dieses ermöglicht dem Solenoid 14, einen kontrollierten Strom aufzunehmen, um den gewünschten Sollwert beizubehalten. Nachfolgend reduziert der Computer 40 den Stromreferenzwert 44, so dass ein Haltestromwert erreicht und beibehalten wird. Sobald der Computer 40 ermittelt hat, dass die Dauer des Haltestromes erreicht ist, werden beide Schalter/IGBT's 54 und 72 in die offene oder Aus-Position geschaltet. Zu dieser Zeit wird die in der Induktivität 34 gespeicherte Energie schnell abgeleitet, um den beweglichen Anker 16 freizugeben, die Öffnung 30 zu schließen und die Ausgabe des Fluides zu stoppen.
Unter Bezugnahme auf alle Zeichnungen wird nachfolgend eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise gegeben. Insbesondere stellt der Computer 40 dem Hysterese-Bandmodulator 46 den Referenzstrom 44 zur Verfügung. Zu dieser Zeit ist der Rückkopplungsstrom 48 noch nicht erzeugt, so dass ein Ein-Signal durch das Modulationssignal 50 erzeugt und vom Tortreiber und Fehlerdetektor 52 empfangen wird, um den Schalter/IGBT 54 zu schließen. Gleichzeitig mit der Anwendung der Stromreferenz 44 erzeugt der Computer 40 ein Signal 94 an den Tortreiber 76, so dass beide IGBT's 54 und 72 geschlossen oder in die Ein-Position geschaltet werden. Somit wird verständlich, dass der Leitungsstrom 24 durch den Schalter/IGBT 54, durch den Widerstand 56 und zur Anschlusseinheit 62 des Solenoides 14 geleitet wird, um die Ausgabeeinrichtung 12 zu öffnen. Der Leitungsstrom 24 wird dann durch die Anschlusseinheit 64, durch den Schalter/IGBT 72 zum Widerstand 70 und zur Minuspolung der Leitungsspannung 19 geleitet.
Zum Beispiel wird der Ansprech- oder Scheitelstromreferenzwert, der vom Computer 40 zur Verfügung gestellt wird, dem Hysterese-Bandmodulator 46 zugeführt, der einen vorgegebenen Wert hat, der von den Parametern des Solenoides 14 abhängig ist. Nachdem dieser Scheitelstrom für einen vorgegebenen Zeitraum eingespeist wurde, empfängt der Operationsverstärker 80 das Stromrückkopplungssignal 78. Das Einstellungssignal 90, das vom Computer 40 gesteuert wird, zum Einstellen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 80 wird auch am Eingang 84 empfangen. Demzufolge erzeugt der Operationsverstärker 80 ein Rückkopplungssignal 48 an den Hysterese-Bandmodulator 46. Die Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass der Hysterese-Bandmodulator 46 nur bei einem vorgegeben Referenzwert eingeschaltet wird und nur bei einem vorgegebenen Wert ausgeschaltet wird, der größer als der vorgegebene Referenzwert ist. Zum Beispiel erzeugt der Hysterese-Bandmodulator 46 das Modulationssignal 50, bis der Rückkopplungsstrom 48 den Stromreferenzwert um ungefähr 5 bis ungefähr 10% übersteigt. Wenn der Hysterese-Bandmodulator 46 in eine Aus-Position geschaltet ist, erzeugt das Modulationssignal 50 ein entsprechendes Signal an den Tortreiber und Detektor 52, um den Schalter/IGBT 54 zu öffnen oder auszuschalten. Demzufolge wird in Folge der elektrischen Gegenspannung der Induktivität 34 die Polarität der an das Solenoid 14 angelegten Spannung umgekehrt. Somit wird die Anschlussseinheit 64 die positive Anschlusseinheit und die Anschlusseinheit 62 wird die negative Anschlusseinheit. Da der Tortreiber und Fehlerdetektor 76 den Schalter/IGBT 72 weiter in einer Ein-Position hält, fließt der Strom in der Induktivität 34 von der positiven Anschlusseinheit 64 durch den Schalter/IGBT 72 und die Diode 68 zur negativen Anschlusseinheit 62 für eine Zeitkonstante von L/R, wie vom Solenoid 14 vorgesehen, wobei L der Wert der Induktivität 34 und R der Wert des Widerstandes 32 ist. Wenn sich der Strom innerhalb dieses Kreises durch den Widerstand 70 aufzulösen beginnt, spricht das Stromrückkopplungssignal 78 den Operationsverstärker 80 an und demzufolge wird das Rückkopplungssignal 48 skaliert und fällt auf einen Wert, der kleiner ist als der Stromreferenzwert 44. Wenn dieses auftritt, erzeugt der Hysterese-Bandmodulator 46 erneut ein Ein-Modulationssignal 50 an den Tortreiber und Fehlerdetektor 52, um ein Ein-Steuersignal 53 an den Schalter/IGBT 54 vorzusehen, das den Schalter/IGBT 54 in eine geschlossene oder Ein-Position schaltet. Es wird verständlich sein, dass dann die Polarität der Anschlusseinheiten 62 und 64 sich wiederum umkehrt, so dass die Anschlusseinheit 62 die positive Anschlusseinheit und die Anschlusseinheit 64 die negative Anschlusseinheit ist. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass dann der Ansprechstrom zwischen einem Bereich von Stromwerten durch Halten des Schalters/IGBT 72 in einer Ein-Position moduliert wird, während der Schalter/IGBT 54 zwischen einer Ein- und Aus- Position hin und her geschaltet wird, wie es durch die Zeitkonstante des Solenoides 34 und den Verstärkungswert des Operationsverstärkers 80 bestimmt wird, gesteuert durch den Computer 40.
Bei Beendigung der Ansprechstrom-Phase, die durch die Eingabe des Bedieners und den Computer 40 bestimmt ist, wird der Schalter/IGBT 54 für eine vorgegebene Zeitdauer geöffnet oder ausgeschaltet, um den Ansprechstromwert auf den Haltestromwert zu reduzieren. In der gleichen, oben beschriebenen Art und Weise wird dann der Haltestrom in einem Band oder Bereich von Stromwerten durch Ein- und Ausschalten des Schalters/IGBT 54 gehalten. Natürlich erzeugt der Computer 40 den notwendigen Referenzstrom 44, um den Haltestromwert zu erreichen und beizubehalten.
Zu der Zeit, zu der der Computer 40 ermittelt, dass der Öffnungszyklus der Ausgabeeinrichtung 12 beendet ist, schaltet der Computer 40 gleichzeitig beide Tortreiber 52 und 76 aus, die wiederum jeweils die Schalter/IGBT's 54 und 72 öffnen oder ausschalten. Sobald dieses auftritt, wird wiederum verständlich sein, dass die Anschlusseinheiten 62 und 64 infolge der elektrischen Gegenspannung der Induktivität 34 umgekehrt werden. Somit ist die Anschlusseinheit 64 positiv und die Anschlusseinheit 62 negativ. Wenn dieses der Fall ist, wird die Induktivität 34 schnell entladen, da die positive Anschlusseinheit 64 durch die Anode der Diode 66 leitet, und die negative Anschlusseinheit 62 durch die Katode der Diode 68 zur negativen Polung der Leitungsspannung 19 leitet. Somit wird verständlich sein, dass der bewegliche Anker 16 von der magnetischen Anziehung des Solenoides 34 freigegeben wird, so dass ein schnelles Schließen der Ausgabeeinrichtung 1 2 erreicht wird.
Die obige Beschreibung der Arbeitsweise des Spritzpistolentreibers 10 ist in Fig. 2A und Fig. 2B dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. 2A eine Spannungswellenform 100, in der die Abschnitte 102, 104 und 105 verschiedene Phasen der an die Ausgabeeinrichtung 12 angelegten Spannung darstellen. Fig. 2B zeigt eine entsprechende Stromwellenform 110, in der die Abschnitte 112, 114 und 116 den Ansprechstrom, den Haltestrom bzw. auflösenden Strom darstellen. Abschnitt 102 und der entsprechende Abschnitt 112 veranschaulichen, wenn beide Schalter/IGBT's 54 und 72 eingeschaltet sind, um den notwendigen Strompegel zuzulassen, der erforderlich ist, um den Anker 16 von der Öffnung 30 weg in eine offene Position zu ziehen. Während der Abschnitte 102 und 112 wird der Schalter/IGBT 54 für eine vorgegebene Zeitdauer aus und ein moduliert, solange, bis der Computer 40 feststellt, dass die Ansprechphase beendet ist. Abschnitt 104 und der entsprechende Abschnitt 114 veranschaulichen, wenn der Schalter/IGBT 72 an und der Schalter/IGBT 54 für eine vorgegebene Zeitdauer ausgeschaltet und dann an- und ausgeschaltet wird, um einen Haltestrom beizubehalten, der gegenüber dem Ansprechstrom einen reduzierten Wert besitzt, um die Ausgabeeinrichtung 12 in einer offenen Position zu halten. Der Abschnitt 106 und der entsprechende Abschnitt 116 veranschaulichen, wenn beide Schalter/IGBT's 54 und 72 ausgeschaltet sind, um das Solenoid 14 schnell zu entmagnetisieren, und dabei die Öffnung 30 durch den Anker 16 wirksam zu schließen.
Zurückkommend auf Fig. 1, ist ein anderes Merkmal des Leistungskreises 13 der Aspekt der Erdfehler- und Kurzschlussdetektion der Tortreiber 52 und 76. Es ist verständlich, dass der Widerstand 56 eine Detektionsleitung 60 zum Tortreiber und Fehlerdetektor 52 vorsieht. In gleicher Weise sieht der Widerstand 70 das Stromrückkopplungssignal 78 zum Tortreiber und Fehlerdetektor 76 vor. Wenn entweder ein Erdfehler oder Kurzschluss entweder durch den Widerstand 56 oder 70 festgestellt wird, wird ein geeignetes Signal an den entsprechenden Tortreiber gesandt, um den Betrieb des Leistungskreises 22 zu stoppen. Es wird dann auch verständlich sein, dass die Tortreiber 52 und 76 ein geeignetes Signal an den Computer 40 senden, der eine Fehleranzeige an der Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 42 anzeigt.
Aus der Beschreibung der Arbeitsweise des elektrischen Spritzpistolentreibers 10, ist damit offensichtlich, dass die mit den vorhergehenden elektrischen Spritzpistolentreibern verbundenen Probleme überwunden sind. Insbesondere stellt der elektrische Spritzpistolentreiber 10 einen schnellen Ansprechstrom, einen geregelten Haltestrom und ein Verfahren zum Entmagnetisieren des Solenoides 14 zur Verfügung, das zuvor auf dem Gebiet unbekannt war. Des weiteren sieht der Leistungskreis 13 ein Verfahren zur Feststellung von sowohl Erdfehlern als auch Kurzschlüssen durch Anwendung von Tortreibern 52 und 76 vor, die Meßsignale von den im Leistungskreis 22 enthaltenen Widerständen 56 und 70 empfangen können.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Hysterese-Bandmodulator 46 die Steuerung der Ausgabeeinrichtung 12 mittels geschlossenem Regelkreis erlaubt. Dieses erlaubt die Anwendung eines Solenoidtyps für 120 Volt Wechselstrom oder 240 Volt Wechselstrom oder irgendeinem Spannungswert dazwischen. Mit anderen Worten, wenn der Computer eine unerklärliche Änderung im Rückkopplungsstrom 48 feststellt, wird der veränderbare Widerstand 92 eingestellt, um die gewünschten Öffnungs- und Schließzykluszeiten der Ausgabeeinrichtung 12 beizubehalten.
Somit ist erkennbar, dass die Ziele der Erfindung durch die oben angegebene Konstruktion erfüllt sind. Für Fachleute auf dem Gebiet sollte offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in einem breiten Bereich von Eingangsspannungen praktiziert und zur Anwendung mit mehreren Solenoiden angepasst werden könnte.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und ausführlich beschrieben ist, ist verständlich, dass die Erfindung nicht darauf oder dadurch beschränkt ist. Somit können ähnliche Konfigurationen für den Aufbau der Erfindung verwendet werden, um die verschiedenen Bedürfnisse der Endnutzer zu befriedigen. Demzufolge sollte für ein Verständnis des tatsächlichen Umfanges und Breite der Erfindung Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche genommen werden.

Claims

1. Treiber (10) für elektrische Spritzpistolen zur Anwendung in einer Ausgabeeinrichtung (12), umfassend ein Solenoid (14) mit einem beweglichen Anker (16) zum Regeln des Fluidstromes durch die Ausgabeeinrichtung, wobei der Treiber gekennzeichnet ist durch einen umschaltbaren Netzanschluss (18) zur Aufnahme einer Reihe von Netzspannungen (19) oder Eingangsspannungen zur Umformung in eine Betriebsspannung (20); und durch einen Leistungskreis (13) zum Empfang eines Leitungsstromes, der mit der Netzspannung korreliert, die dem Solenoid zur selektiven Bewegung des beweglichen Ankers zugeführt wird.

2. Treiber (10) für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 1, der außerdem umfasst:

einen Computer (40) zum Empfangen von Bedienereingaben und der Betriebsspannung zum Erzeugen eines Referenzstromes zum Regeln des Leitungsstromflusses zum Solenoid.

3. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 2, der außerdem umfasst:

einen Hysterese-Bandmodulator (46) zum Empfang des Referenzstromes und eines Rückkopplungsstromes, um ein Modulationssignal (50) zu erzeugen, das durch den Leistungskreis empfangen wird, wobei das Modulationssignal durch den Referenzstrom und den Rückkopplungsstrom derart erzeugt wird, dass der Rückkopplungsstrom dem Referenzstrom folgt.

4. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 3, der außerdem umfasst:

einen Verstärker (80) zum Skalieren des Rückkopplungssignales, wobei der Computer den Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers einstellt, um den Wert des Rückkopplungsstromes zu regeln.

5. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 3, bei dem der Leistungskreis außerdem umfasst:

einen ersten Tortreiber (52), der mit einem ersten Schalter (54) zum Regeln des Leitungsstromflusses zum Solenoid elektrisch verbunden ist, wobei der erste Tortreiber durch das Modulationssignal gesteuert wird;

und einen zweiten Tortreiber (76), der mit einem zweiten Schalter (72) zum Regeln des Leitungsstromflusses zum Solenoid elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Tortreiber durch ein Signal vom Computer gesteuert wird;

wobei die ersten und zweiten Schalter so geschlossen werden, dass der Leitungsstrom für einen vorgegebenen Zeitraum zum Öffnen der Ausgabeeinrichtung einen vorgegebenen Ansprechwert erreicht,

sich einer von den ersten und zweiten Schaltern zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position einstellt, so dass der Leitungsstrom den Ansprechwert beibehält und nachfolgend für einen vorgegebenen Zeitraum einen Haltewert erreicht, so dass die Ausgabeeinrichtung in einer vorgegebenen Position gehalten wird,

und die ersten und zweiten Schalter geöffnet sind, um dem Solenoid den Leitungsstrom zu entziehen, so dass die Ausgabeeinrichtung geschlossen wird.

6. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 5, bei dem die ersten und zweiten Tortreiber Detektoren (56, 70) zum Ermitteln von Kurzschlüssen und Erdfehlern in dem Leistungskreis und zum Öffnen der ersten und zweiten Schalter beim Auftreten von Kurzschlüssen und Erdfehlern besitzen.

7. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 1, bei dem der Leistungskreis einen Ansprechstrom und einen Haltestrom erzeugt, der einen geringeren Wert als der Ansprechstrom hat, und bei dem der Leistungskreis den Haltestrom schnell ableitet, wenn es erforderlich ist; ein Computer zum Empfang der Betriebsspannung und einer Bedienereingabe zum Steuern der Arbeitsweise desselben und zum Erzeugen eines Referenzstromes; und ein Hysterese-Bandmodulator zum Empfangen des Referenzstromes und Erzeugen eines Modulationssignales zum Steuern des vom Solenoid aufgenommenen Ansprechstromes und Haltestromes.

8. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 7, der außerdem umfasst:

einen Verstärker (80) zum Erzeugen eines Rückkopplungsstromes, der von dem Hysterese-Bandmodulator empfangen wird und bei dem das Modulationssignal durch den Referenzstrom und den Rückkopplungsstrom derart erzeugt wird, dass der Rückkopplungsstrom dem Referenzstrom folgt;

und bei dem der Computer den Verstärkungswert des Verstärkers einstellt, um den Wert des Rückkopplungsstromes zu regeln.

9. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 8, bei dem der Leistungskreis außerdem umfasst:

einen ersten Treiber, der mit einem ersten Schalter zum Regeln des Ansprechstromflusses und des Haltestromflusses zum Solenoid verbunden ist, wobei der erste Treiber durch das Modulationssignal gesteuert wird; und

einen zweiten Treiber, der mit einem zweiten Schalter zum Regeln des Ansprechstromflusses und des Haltestromflusses zum Solenoid verbunden ist, wobei der zweite Treiber durch ein Signal vom Computer gesteuert wird.

10. Treiber für elektrische Spritzpistolen gemäß Anspruch 9, bei dem die ersten und zweiten Schalter für einen vorgegebenen Zeitraum geschlossen werden, um den Ansprechstrom zu erzeugen, und bei dem einer von den ersten und zweiten Schaltern zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position eingestellt wird, um den Ansprechstrom aufrecht zu erhalten und nachfolgend den Haltestrom innerhalb eines entsprechenden Bereiches vorgebener Werte zu erzeugen, und bei dem die ersten und zweiten Schalter geöffnet werden, um den Haltestrom vom Solenoid abzuleiten.