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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf elektrostatische Sprühbeschichtungssysteme und genauer
auf ein Gerät
zum Sammeln freier Ionen in einem elektrostatischen Sprühbeschichtungssystem
gemäß des Oberbegriffs
von Anspruch 1 bzw. 6. Ein Sprühbeschichtungssystem,
welches die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 oder 6 aufweist,
wurde in
EP 697 255 veröffentlicht.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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sBei
elektrostatischen Sprühbeschichtungssystemen
wird das Beschichtungsmaterial von einer Versorgung zu einer oder
mehr Sprühpistolen
gepumpt, welche das Beschichtungsmaterial auf das zu beschichtende
Bauteil sprühen.
Das Beschichtungsmaterial kann entweder in Form trockener Partikel, die
in einem Flussluftstrom transportiert werden, oder in Form von durch
die Pistole zerstäubter
Flüssigkeit vorliegen.
Die Sprühpistolen
können
die Beschichtungspartikel mittels einer Hochspannungsladeelektrode
aufladen. Wenn die Beschichtungspartikel von der Vorderseite der
Pistole versprüht
werden, werden sie elektrostatisch zum zu beschichtenden Bauteil angezogen,
welches üblicherweise
elektrisch geerdet ist und an einem Überkopfförderer aufgehängt oder
anderweitig durch eine Sprühkabine
gefördert wird.
Die Sprühpistolen
sind entweder in einer stationären
Position, auf einem Hubgerät,
oder einem anderen Gerät,
welches das automatische Bewegen der Pistolen auf einem vorbestimmten
Pfad ermöglicht,
in der Sprühkabine
befestigt. Sobald diese aufgeladenen Beschichtungspartikel auf das
Bauteil aufgebracht sind, haften sie dort durch elektrostatische Anziehung,
bis sie in einen Ofen transportiert werden, wo sie ausgehärtet oder,
im Fall der Pulverbeschichtung, geschmolzen werden, um zusammenzufließen und
eine durchgängige
Beschichtung auf dem Produkt auszubilden.
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Ein
Ionenkollektor oder eine Gegenelektrode hat sich zum Anziehen freier
Ionen, welche sonst von der Pistole zum Erdungsbauteil fließen würden, als hilfreich
herausgestellt. Beim Aufladen des Pulvers wird ebenso eine große Anzahl
freier Ionen generiert. Ohne einen Ionenkollektor werden die freien
Ionen mit dem Beschichtungsmaterial auf das Bauteil transportiert.
Dies verursacht dies Akkumulieren einer Ladung auf der aufgebrachten
Beschichtungsschicht, bis das lokale elektrische Feld stark genug
ist, eine Ionisation in der Beschichtungsschicht auszulösen. Diese „Rück-Ionisation" stört die aufgebrachte
Beschichtung und resultiert in Kratern oder anderen Defekten in
der ausgehärteten
Beschichtung. Rück-Ionisation verursacht
eine dramatische Reduktion der Fördereffizienz
und hat eine nachteilige Auswirkung auf die ökonomische und ökologische
Effektivität
des Pulverbeschichtungsvorgangs. Durch Benutzen eines Ionenkollektors
werden die freien Ionen gesammelt, bevor sie das Bauteil erreichen,
die Fördereffizienz
wird verbessert und die Erscheinung der Oberflächenbeschaffenheit auf dem
Bauteil kann verbessert werden.
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Ein
Beispiel eines Ionenkollektors ist das im US Patent 5 957 396, gehalten
vom Inhaber der vorliegenden Erfindung, gezeigte Anti-Rück-lonisations-(anti-backionisation,
ABI) Gerät.
Dieses Patent zeigt eine ABI Sonde, die eine zufriedenstellende
Ionensammlung liefert. Die effektive Sondenlänge ist einstellbar, um die
Position des Sondenendes relativ zur Elektrode ändern zu können, so dass die Sondenposition
relativ zur Elektrode eingestellt werden kann.
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Ein
anderes Beispiel eines Ionenkollektors wird im auf Belmain et al.
ausgestellten US Patent Nr. 4 921 172 in Form einer Gegenelektrode,
die auf der Vorderseite eine Pulversprühpistole angeordnet ist, gezeigt.
Noch ein weiteres Beispiel eines Ionenkollektors wird in der europäischen Patentoftenlegungsschrift
0 620 045 in Form eines Gegenelektrodenrings gezeigt, der unbeweglich
um die Vorderseite der Pistole angeordnet ist. Diese Ionenkollektoren sind
ortsfest oder in die Pistole eingebaut, so dass sie keine leichte
Einstell- oder Entfernbarkeit liefern.
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Das
Vorhandensein eines Ionenkollektors, eines ABI-Geräts oder
-Sonde erlaubt dem Anwender, die Feldstärke zwischen der Pistole und
dem geerdeten Bauteil dramatisch zu reduzieren, sowie den Strom
freier Ionen zum Bauteil signifikant zu reduzieren. Daher wird der
Aufbau von Rückionisation
reduziert oder verzögert
und die Stärke
des elektrischen Feldes zwischen der Pistole und dem Bauteil wird
reduziert. Die Reduktion der Feldstärke resultiert in verbessertem
Eindringen in vertiefte Bereiche oder Faraday-Käfig-Bereiche auf dem Bauteil.
Das Positionieren der ABI-Sonde ist jedoch sehr wichtig zum vollständigen Durchsetzen
der positiven Effekte der Sonde. Wird die ABI-Sonde richtig ausgerichtet,
werden die Beschichtungsresultate mit denen vergleichbar, die durch
Verwenden statisch aufgeladener Beschichtungssysteme erreicht werden
und die Anwendbarkeit ist ähnlich.
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Das
Aufrechterhalten der richtigen Entfernung zwischen der Spitze der
ABI-Sonde und dem Bauteil
ist jedoch schwieriger, als zu Beginn erachtet. Der Abstand zwischen
der Pistole und dem Bauteil ändert
sich basierend auf der Geometrie des Bauteils und auf Änderungen
des Bauteilsortiments. Viele Bauteile weisen vertiefte Bereiche
auf, die signifikant weiter von der Pistole entfernt sind, als der
Rest des Bauteils und viele Bauteile werden mit anderen Bauteilen,
die signifikant andere Formen aufweisen, gemischt in Produktionsanlagen
vorgelegt. Während sich
der Abstand zwischen der Pistole und dem Bauteil ändert, muss
die Positionierung der ABI-Sonde manuell eingestellt werden, um
einen maximalen positiven Effekt aus der Verwendung der ABI-Sonde
als Ionenkollektor zu liefern. Bedauerlicherweise ist die manuelle
Repositionierung inmitten eines Fertigungsgangs, bei dem anders
geformte Bauteile in die Sprühkabine
eintreten, üblicherweise
nicht möglich. Während manuelles
Repositionieren unter Beachtung allgemeiner Form und Geometrie der
Bauteile in einem spezifischen Fertigungsgang periodisch ausgeführt werden
kann, kann solch manuelles Repositionieren der ABI-Sonde ziemlich
mühsam
sein und es wird folglich dazu tendiert, dies in vielen Produktionsanwendungen
selten auszuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
und andere Probleme werden durch das Regelsystem für ein Anti-Rück-Ionisations-Geräte-Regelsystem
der vorliegenden Erfindung bewältigt.
Die Erfindung liefert ein System zum automatischen Einstellen der
effektiven Position der vorderen Oberfläche des Ionenkollektors oder
der ABI-Sonde relativ zur Ladeelektrode der Pistole, während Bauteile
mit unterschiedlichen Formen und Geometrien vor der Pistole in einer
Sprühkabine
durchlaufen. Dieses Regelsystem liefert daher eine maximale Ausnutzung
der Vorteile einer ABI-Sonde oder eines freien Ionenkollektors in
einem Pulversprühbeschichtungssystem.
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Das
ABI-Sondenregelsystem der vorliegenden Erfindung erlaubt den Anwendern,
den Transferstrom zum geerdeten Bauteil automatisch unter einem
bestimmten voreingestellten Niveau zu halten und dadurch den Ionenstrom
vom Ansteigen abzuhalten, während
das Bauteil näher
an die Pistole rückt
oder die Pistole näher
an das Bauteil bewegt wird. Solch eine Regelung über den Transferstrom verzögert das
Ausbilden der Rück-Ionisation
auf dem Bauteil und reduziert die Stärke des elektrischen Feldes
zwischen der Pistole und dem Bauteil, während die Pistole näher zum
Bauteil bewegt wird. Die Reduktion der Feldstärke resultiert im Gegenzug
in einem verbesserten Eindringen in vertiefte Bereiche auf dem Bauteil.
Das Regelsystem erlaubt das Erzielen maximaler Vorteile einer ABI-Sonde, das Verbessern
der Transfereffizienz und das Verbessern der Erscheinung der Oberflächengüte auf dem
Bauteil.
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Das
ABI-Sondenregelsystem der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
ebenso einen automatischen Betrieb. Da die effektive Position der
ABI-Sonde automatisch geändert
wird, während
der Bedarf an Ionensammlung wächst
oder sinkt, besteht weder die Notwendigkeit für einen Benutzer, Anwendungsparameter
zu ändern,
noch ist ein manuelles Repositionieren der ABI-Sonde notwendig.
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Das
Regelsystem der vorliegenden Erfindung erlaubt daher den Benutzern,
automatisch den Strom zwischen der Pistole und dem Bauteil durch Regeln
der Feldstärke
und des Stroms zwischen der Pistolenspitze und der ABI-Sonde zu
regeln, wodurch es entbehrlich gemacht wird, die Positionierung
der ABI-Sonde in Situationen, in denen sich der Abstand zwischen
der Pistole und dem Bauteil ändert,
zur Maximierung ihrer Vorteile einzustellen.
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Diese
und andere Vorteile werden mit der vorliegenden Erfindung eines
Pulversprühbeschichtungssystems,
welches die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
1 oder 6 umfasst, geliefert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer Sprühpistole
mit einer daran angebrachten Anti-Rück-Ionisations-Sonde.
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2 ist
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Regelsystems
gemäß vorliegender
Erfindung.
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3 ist
eine schematische Ansicht ähnlich mit 2 eines
anderen Ausführungsbeispiels
des Regelsystems der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine schematische Ansicht einer Variation einer Anti-Rück-Ionisations-Sonde
zur Verwendung im Regelsystem von 3.
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5 ist
eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts aus 4,
die den Ausgang der ABI-Sonde aus dem Pistolenkörper zeigt.
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6 ist
eine detaillierte Ansicht ähnlich
mit 5, die eine alternative Anordnung für den Ausgang
der ABI-Sonde aus dem Pistolenkörper
zeigt.
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7 ist
eine schematische Ansicht ähnlich mit
den 2 und 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels
des Regelsystems der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Vor
allem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und zunächst auf 1 wird
eine automatische Pulverpistole 10 gezeigt. Die Pistole 10 ist
von dem Typ, der üblicherweise
zum Sprühen
von durch einen Luftstrom getragenem Pulver auf Bauteile und beinhaltet
ein Gehäuse 11 und
einen Versorgungsschlauch 12, der mit dem Körper 11 verbunden
ist und Pulver zur Auslassdüse 13 zuführt, von
der das Pulver auf die Bauteile gesprüht wird. Eine elektrische Ladung
wird bei der Düse 13 durch
eine Elektrode 14 an das Pulver weitergegeben. Die Elektrode 14 wird üblicherweise
auf ein großes
negatives Potential aufgeladen, z. B. -100 kV. Die Elektrode 14 ist mit
geeigneten elektrischen Hochspannungsversorgungskomponenten 15 verbunden,
die innerhalb des Pistolengehäuses 11 angeordnet
sind, wobei Niederspannungselektrizität durch eine elektrische Versorgungsleitung 16,
welche mit einer Niederspannungsenergieversorgung 17 verbunden
ist, zur Pistole zugeführt
wird. Die zur Elektrode zugeführte
Spannung wird durch einen Pistolenregler 18 geregelt, der
zwischen die Versorgungsleitung 16 und die Niederspannungsenergieversorgung 17 eingebunden
ist. Die Pistole 10 kann auf einer Haltestange 19 mittels einer
Pistolenbefestigungsanordnung 20 befestigt werden. Jede
geeignete Befestigungsanordnung kann verwendet werden, die bevorzugte
Befestigungsanordnung ist die in US-Patent 5,957,396 offengelegte.
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Die
Pistolenbefestigungsanordnung 20 beinhaltet eine Befestigungsplatte 25 mit
einem Loch (nicht gezeigt), welches sich durch die Befestigungsplatte
von der Vorderseite zur Rückseite
zum Befestigen und Unterstützen
eines Ikonenkollektors oder einer Anti-Rück-Ionisations-(ABI) Sonde 26 erstreckt. Wie
in 1 gezeigt, kann die Sonde 26 eine einzelne
Stange aus einem festen, sehr leitfähigem Material sein, wie etwa
Messing oder Aluminium. Die Sonde kann in einer festen Position
mittels einer Stellschraube 27 innerhalb der Öffnung 25 gehalten
werden, oder die Sonde kann automatisch bewegbar gemacht werden,
wie nachstehend mit Bezug auf die 3–6 erklärt wird.
Die Sonde 26 kann direkt durch die Halteplatte 25 geerdet
werden, oder die Sonde kann innerhalb einer isolierten Hülle (nicht
gezeigt) innerhalb der Halteplatte befestigt werden, so dass sie
auf einem geregelten Potential gehalten werden kann, wie nachstehend
mit Bezug auf die 2 und 7 weiter
erläutert
wird. Mindestens das vordere Ende der Sonde 26 ist halbkugelförmig abgerundet.
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Während eine
stangenförmige
Sonde 26 in 1 gezeigt wird, kann die ABI-Sonde oder der Ionenkollektor
eine von der Pistolenelektrode entfernte Oberfläche mit abgerundeten Kanten
sein. Die gewünschte
Form und Platzierung des Ionenkollektors hängt vom durch die Elektrode
generierten elektrischen Feld und der gewünschten und durch die Sonde
ausgeführten
Ionensammlungsfunktion ab. Der Zweck der ABI-Sonde 26 ist
das Sammeln freier Ionen, die an der Ladeelektrode 14 der
Sprühpistole 10 erzeugt
wurden. Die Anwesenheit der Sonde 26 in der Nähe der Elektrode 14 erzeugt
ebenso ein elektrisches Feld, welches rückwärts auf die Sonde gerichtet
ist, zusätzlich
zum elektrischen Feld, welches durch die Pistolenelektrode 14 erzeugt
ist und vorwärts
auf das Bauteil gerichtet ist. Um die meisten Ionen von der Ladeelektrode
der Pistole einzusammeln, sollte der Abstand zwischen der Sondenspitze und
der Spitze der Ladeelektrode eine geeignete Beziehung zum Abstand
zwischen der Spitze der Ladeelektrode und dem besprühten Bauteil
aufweisen. Wenn diese Abstandsbeziehung aufrecht erhalten wird,
wird das elektrische Feld zwischen der Ladeelektrode 14 und
der Sonde 26 stärker
als das elektrische Feld zwischen der Ladeelektrode und dem Bauteil
sein.
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Durch
Einsammeln von Ionen mit der Sonde 26, anstatt ihnen die
Ablagerung auf dem Bauteil zu erlauben, kann die Erscheinung der
Oberflächenbeschaffenheit
auf dem Bauteil verbessert werden. Ohne Verwendung der ABI-Sonde
würde sich
Ladung auf der abgelagerten Pulverschicht ansammeln, während das
Bauteil besprüht
wird, bis das örtliche
elektrische Feld stark genug ist, Ionisation innerhalb der Pulverschicht
auszulösen.
Diese „Rück-Ionisation" beeinflusst nachteilig
die Transfereffizienz und die Fähigkeit,
gleichmäßig Faraday-Käfig-Bereiche zu beschichten.
Zusätzlich
könnte
Rück-Ionisation
das abgelagerte Pulver stören
und in Kratern oder anderen Defekten in der ausgehärteten Beschichtung
auf dem Bauteil resultieren. Durch Verwenden einer ABI-Sonde werden
diese Krater und Defekte verhindert und eine glattere Beschichtung
wird hergestellt. Da die ABI-Sonde die Ionen einsammelt, anstatt
ihnen das Sammeln auf dem Bauteil zu erlauben, können dickere Beschichtungen auf
den Bauteilen hergestellt werden, da das ankommende Pulver nicht
so schnell entladen wird, wie bei der Rück-Ionisation des abgelagerten,
aufgeladenen Pulvers. Das Verwenden der ABI-Sonde vereinfacht auch
das Auftragen einer zweiten Beschichtung auf Bauteile, die vorher
beschichtet wurden, da der Ladungsaufbau auf dem Bauteil reduziert
ist.
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Da
das von der Ladeelektrode der Pistole zum Bauteil reichende elektrische
Feld aufgrund der ABI-Sonde schwächer
ist, sollte die Pistole eine Beschichtung mit einer gleichmäßigeren
Dicke auf das Bauteil auftragen, ohne eine dickere Beschichtung auf
den vorstehenden Bereichen und Kanten. Ohne die Sonde würden sich
die elektrischen Feldlinien normalerweise entlang der zur Pistole
nächsten
Kanten konzentrieren und eine dicke Beschichtung könnte in
diesen Regionen daraus resultieren. Das schwächere Feld, welches aus der
Verwendung der ABI-Sonde resultiert, sollte ebenfalls in einer besseren
Beschichtung der Faraday-Käfig-Bereiche
auf dem Bauteil resultieren, ohne durch ein starkes elektrisches
Feld zu den nächsten
Kanten abgelenkt zu werden. Eine Korona-Ladepistole mit einer ABI-Sonde sollte ähnliche
Sprühcharakteristiken
wie eine Reibladepistole haben, da eine Reibladepistole keine Hochspannungsladeelektrode
aufweist, nicht genauso viele Ionen erzeugt und kein genauso starkes elektrisches
Feld zwischen der Pistole und dem Bauteil erzeugt.
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Verschiedene
andere Ausführungsbeispiele der
ABI-Sonde können
verwendet werden und einige von diesen sind im bereits genannten
US-Patent 5,957,396 gezeigt. Während
die in 1 gezeigte Sonde 26 eine einzelne Stange
aus einem leitfähigen Material
ist, welche einstellbar durch die Stellschraube 27 in der
Halteplatte 25 gehalten wird, kann die feste Länge der
Sonde auch durch Bereitstellen eines Satzes von Sonden mit verschiedenen
Längen variiert
werden, so dass der Abstand durch Entfernen einer Sonde einer Länge und
Ersetzen durch eine andere Sonde einer unterschiedlichen Länge eingestellt werden
kann. Alternativ dazu kann die ABI-Sonde eine oder mehrere Abschnitte
aufweisen, die zusammengesetzt werden können, wie zum Erzeugen einer Sonde
einer gewünschten
Länge benötigt. Die ABI-Sonde
kann in einer teleskopischen Bauform hergestellt werden, ähnlich wie
solche mit einziehbaren Antennen verwendeten. Als eine weitere Alternative
kann anstelle des Verwendens der Stellschraube 27 zum Halten
der Sonde 26 in der Öffnung 25 die Sonde
ein äußeres Gewinde
entlang ihrer Länge
aufweisen, das passend zu dem Innengewinde im Loch ist, so dass
der Benutzer die effektive Länge
der Sonde einfach durch Drehen der Sonde im oder entgegen dem Uhrzeigersinn
einstellen kann.
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Die
ABI-Sonde kann ein länglicher
Stab sein, der sich entlang der Seite des Pistolengehäuses, wie in 1 gezeigt,
erstreckt, sie kann aber ebenso ein leitfähiger Ring sein, der die Pistole
in einem gewünschten
Abstand von der Spitze der Pistolenelektrode umringt. Die ABI-Sonde
oder der Ionenkollektor kann ebenso die Form einer glatten Oberfläche annehmen,
die in der Hülle
des Pistolengehäuses
enthalten ist. Darüber
hinaus kann die Sonde alternativ dazu direkt auf das Pistolengehäuse an einer
anderen Stelle, als dort, wo die Pistolenbefestigungsanordnung 20 an
die Pistole angebracht ist, befestigt werden, während die ABI-Sonde 26,
die in 1 gezeigt ist, auf der Halteplatte befestigt ist.
Für manuell bediente
Sprühpistolen
kann die Sonde beispielsweise auf einem Bügel befestigt werden, der an
einer Seite oder der Oberseite der Pistole angebracht ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die ABI-Sonde oder der Ionenkollektor 26 mit
einem Regelsystem 32 verbunden, welches automatisch die Feldstärke zwischen
der Spitze der Ladelektrode und der Spitze der ABI-Sonde durch Verändern der
effektiven Position der ABI-Sonde einstellt, während sich der Abstand zwischen
der Pistole und dem Bauteil ändert.
Die effektive Position der ABI-Sonde
kann durch Ändern
der aktuellen Position der Sonde oder durch Ändern des elektrischen Potentials
der Sonde geändert
werden. Ein Ausführungsbeispiel von
diesem Regelsystem 32 ist in schematischer Form in 2 dargestellt.
Ein erstes stromerfassendes Gerät 33,
welches mit dem Hochspannungstransformator 15 verbunden
ist, der innerhalb der Pistole angeordnet ist, misst den Pistolenstrom μA1, der von
der Niederspannungsenergieversorgung 17 durch die internen
Pistolenkomponenten 15 zur Elektrode 14 fließt. Ein
zweites stromerfassendes Gerät 34 misst
den Rückstrom μA3, der von
der ABI-Sonde zur Erde zurückfließt. Die
Stromsensoren 33 und 34 können irgendein geeignetes Strommessgerät sein,
wie etwa eine Stromsonde, ein Messwiderstand, ein Halleffektgerät oder ein
Mikroamperemeter. Die zwei Strommesswerte von den Stromsensoren 33 und 34 werden
auf geeigneten Anschlussleitungen zu einer elektronischen Logikeinheit 35 geführt, welche
die Differenz zwischen dem Pistolenstrom und dem Rückstrom
im Rückstrommesswert
ermittelt, μA1–μA3. Diese
Differenz μA1–μA3 ist gleich
dem Transferstrom μA2,
welcher der durch die Pulverpartikel zum Bauteil 36 „gelieferte" Strom ist, plus
dem während
des Sprühbeschichtungsvorgangs
verlorenen Strom. In anderen Warten sollte die Differenz μA1–μA3 gleich
einer Konstanten sein, um den Transferstrom μA2 konstant zu halten.
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Gemäß dieser
Erfindung wird der Rückstrom μA3 durch
den Pistolenregler 18 geregelt, so dass die Differenz μA1–μA3 auf einem
konstanten Niveau gehalten wird. Das konstante Niveau dieser Differenz μA1-μA3 kann in
den Pistolenregler mittels eines Transferstrom μA2-Eingangs 41 eingegeben
werden. Der Rückstrom μA3 wird dann
durch den Pistolenregler auf einem Niveau gehalten, um so die Differenz μA1–μA3 auf einem
gesetzten konstanten Niveau zu halten. Der Rückstrom μA3 kann mit einem von vielen
verschiedenen Wegen geregelt werden. In 2 wird der
Rückstrom μA3 mittels
einer Hochspannungsenergieversorgung 42, welche zwischen
der ABI-Sonde 26 und der Erdung angeordnet ist, geregelt.
Die Energieversorgung 42 ist mit dem Pistolenregler 18 verbunden,
welcher einen Niederspannungseingang in die Versorgung führt. Die
Energieversorgung 42 nimmt den Niederspannungseingang auf
und betätigt
sich als Verstärker
zum Transformieren der Eingangsversorgung auf einen Hochspannungsausgang,
welcher zur ABI-Sonde 26 zugeführt wird. Die Energieversorgung 42 erhöht das Potential der
ABI-Sonde 26 auf ein gewünschtes Spannungsniveau über der
Erde, um das Level des Stroms μA3, der
durch die ABI-Sonde zur Erdung läuft,
zu regeln und so die Feldstärke
zwischen der Pistolenelektrode und der ABI-Sonde zu erhöhen. Der
zweite Stromsensor 34 ist auf diese Weise der Energieversorgung 42 zugeordnet
und misst den von der ABI-Sonde 26 zu einer etwaigen Erde
durch die Versorgung 42 fließenden Strom.
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Im
Betrieb setzt der Anwender einen gewünschten Transferstrom μA2 in den
Pistolenregler 18 auf den Eingang 41. Wenn ein
Bauteil vor der Pistole vorbeiläuft,
misst der Stromsensor 33 den zur Elektrode fließenden Pistolenstrom μA1, und der zweite
Stromsensor 34 misst den von der ABI-Sonde 26 fließenden Rückstrom μA3. Die Differenz
zwischen den Strömen, μA1–μA3, wird
in der elektronischen Logikeinheit 35 mit einem konstanten
Wert verglichen, der proportional zum gesetzten Transferstrom μA2 kalibriert
ist. Wenn diese Stromdifferenz μA1–μA3 nicht
ungefähr
gleich dem konstanten Wert ist, stellt der Pistolenregler 18 den
Verstärker 42 zum Erhöhen oder
Verringern der Spannung der ABI-Sonde 26 ein. Erhöhen oder
Senken des positiven Potentials an der vorderen Spitze der ABI-Sonde 26 hat
die gleiche Auswirkung wie das Verändern des Abstandes zwischen
der vorderen Spitze der Sonde und der Elektrode 14. Je
größer die
Differenz des Potentials zwischen der Elektrode und der ABI-Sonde
ist, desto stärker
wird das Feld zwischen der Elektrodenspitze und der Spitze der ABI-Sonde und desto schwächer wird
die Stärke
des Feldes, welches von der Pistole zwischen der Pistole und dem
Bauteil erzeugt wird. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, während unterschiedlich
geformte zu beschichtende Bauteile in die Sprühkabine eintreten, oder sogar
während
des Beschichtens eines einzelnen Bauteils, wenn das Bauteil einen
großen
vertieften Bereich aufweist, welcher sonst eine signifikante Auswirkung
auf den Abstand zwischen der Pistole und dem Teil des Bauteils, welches
beschichtet wird, hätte.
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Andere
Mittel zur Regelung des Niveaus des Rückstroms μA3 können eingesetzt werden. 3 zeigt
ein Regelsystem 132, bei dem die Position der vorderen
Spitze der ABI-Sonde automatisch eingestellt werden kann, anstatt
das Potential der Sonde einzustellen. Das Regelsystem 132 aus 3 weist eine
Pistole 110, welche ein Pistolengehäuse 111 und internen
Hochspannungskomponenten 115 aufweist, einen Pistolenregler 118,
eine ABI-Sonde 126, einen ersten Stromsensor 133,
einen zweiten Stromsensor 134, eine elektronische Logikeinheit 135 und einen
Eingang 141 auf, die im Wesentlichen identisch zur Pistole 10,
zum Pistolengehäuse 11,
den Hochspannungskomponenten 15, dem Pistolenregler 18, der
ABI-Sonde 26, dem ersten Stromsensor 33, dem zweiten
Stromsensor 34, der elektronischen Logikeinheit 35 und
dem Eingang 41 aus 2 sind.
Anstatt einer Hochspannungsversorgung oder eines Verstärkers 42 verwendet
das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einen pneumatischen
Zylinder 142 zum Bewegen der longitudinalen Position der ABI-Sonde 126 relativ
zum Gehäuse
der Pistole 110 an. Der Zylinder 142 ist mit einer
pneumatischen Versorgung 143 mittels einer pneumatischen
Regelung 144 verbunden, so dass der Kolben 145 in
Zylinder 142 in eine Richtung ausgelenkt werden kann, um
die longitudinale Position der ABI-Sonde voranzutreiben, oder in
die andere Richtung zum Einziehen der ABI-Sonde mittels einer Rückholfeder 146 ausgelenkt
werden kann, die den Kolben einzieht, wenn der pneumatische Druck
im Zylinder verringert ist. Anders als die Sonde 26 im
Regelsystem 32 aus 2 ist die
ABI-Sonde 126 immer geerdet. Die ABI-Sonde 126 ist
auch mit dem Stromsensor 134 verbunden, der den Strom μA3 misst,
der von der ABI-Sonde zur Erde zurückfließt. Der Stromsensor 133,
der dem internen Pistolentransformator 115 zugeordnet ist, misst
den Strom μA1,
der von der Energieversorgung 117 zur Elektrode 114 fließt. Die
elektronische Logikeinheit 135 bestimmt die Differenz zwischen
diesen beiden Strommesswerten, μA1–μA3. Wie beim
Regelsystem 32 wird der Rückstrom μA3 durch den Pistolenregler 118 geregelt,
so dass die Differenz μA1–μA3 auf einem
voreingestellten Niveau gemäß dem μA2-Stromeingang 141 gehalten
wird. Der Pistolenregler hält
den Rückstrom μA3, so dass
die Differenz μA1–μA3 durch
Verwenden der pneumatischen Regelung 144 zum Regulieren des pneumatischen
Drucks im Zylinder 142 auf einem konstanten gesetzten Level
gehalten wird. Die ABI-Sonde 126 wird zur Elektrode 114 hin
vorwärts
bewegt, um den Rückstrom μA3 zu erhöhen, und
die ABI-Sonde wird zum Senken des Rückstroms μA3 eingezogen.
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Im
Betrieb des Regelsystems 132 aus 3 setzt
der Anwender einen gewünschten
Transferstrom μA2
in den Pistolenregler 118 am Eingang 141. Wenn
ein Bauteil vor der Pistole vorbeizieht, misst der erste Stromsensor 133 den
Strom μA1,
der zweite Stromsensor 134 misst den Strom μA3 und die elektronische
Logikeinheit 135 misst die Differenz zwischen den Strömen, μA1–μA3 und vergleicht
die Differenz mit einem konstanten Wert, der proportional zu dem
gesetzten Strom μA2
kalibriert ist. Wenn diese Stromdifferenz nicht ungefähr gleich
dem konstanten Wert ist, steuert der Pistolenregler 118 die pneumatische
Regelung 144 an, um den Druck im Zylinder 142 zu
erhöhen
oder zu verringern, um die ABI-Sonde 126 näher zu oder
weiter entfernt von der Elektrode hin zu bewe gen, dabei den Rückstrom μA3 einzustellen
und daher den Transferstrom μA2
zu regulieren. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, wenn unterschiedlich
geformte Bauteile 36 in die Sprühkabine eintreten, um beschichtet
zu werden, oder sogar während
des Beschichtens eines einzelnen Bauteils, wenn das Bauteil einen
großen
vertieften Bereich aufweist, der sonst eine signifikante Auswirkung
auf den Abstand zwischen der Pistole und dem Abschnitt des zu beschichtenden
Bauteils haben würde.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
zum Bereitstellen einer ABI-Sonde, die relativ zur Elektrode bewegt
werden kann, wird in den 4 bis 6 gezeigt.
Dieses Ausführungsbeispiel
verwendet einen pneumatischen Zylinder 242, der in Gehäuse 211 der
Pistole 210 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt.
Der Zylinder 242 weist ein Kolben 245 auf, der mit
einer Kolbenstange 247 verbunden ist. Eine Gabelanordnung 248 ist
auf dem vorderen Ende der Kolbenstange 247 befestigt. Ein
Drahtpaar 226, welches die ABI-Sonde umfasst, ist mit der
Gabelanordnung 248 verbunden und jeder der Drähte 226 erstreckt
sich durch eine Kunststoffhülse 249 zum Äußeren der
Pistole entlang der Seiten des Pistolengehäuses 211, welches
von der Pistolenelektrode 214 entfernt ist. Der Draht 226 kann
sich durch eine Öffnung 250 in
der Pistolengehäusewand 251 ohne
Abstand erstrecken, wie in 5 gezeigt,
weiche den Draht 226 voll eingezogen darstellt. Alternativ
dazu kann sich der Draht 226 durch einen Luftschlitz, wie in 6 gezeigt,
erstrecken, indem eine Bohrung 252 in der Pistolengehäusewand 251 mit
Luftlöchern 253 um
die Bohrung 252 herum bereitgestellt ist. Die Luftlöcher 253 können durch
einen Luftkanal 254 mit einer Druckluftversorgung (nicht
gezeigt) verbunden werden, so dass Luft durch den Kanal 254 und
die Luftlöcher 253 in
der Bohrung fließt
und den Draht 226 mit Luft bedeckt, um dem Draht zu erlauben,
sich frei durch die Bohrung 252 zu bewegen und um zu helfen,
Pulveranlagerungen vom Verstopfen der Bohrung und dem Blockieren
der Bewegungen des Drahtes zu verhindern.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
des Regelsystems wird in 7 gezeigt. Das Regelsystem 332 aus 7 weist
eine Pistole 310 auf, die ein Pistolengehäuse 311 und
interne Hochspannungskomponenten 315, einen Pistolenregler 318,
eine ABI-Sonde 326, einen ersten Stromsensor 333,
einen zweiten Stromsensor 334, eine elektronische Logikeinheit 335 und
einen Eingang 341 aufweist, die im Wesentlichen identisch
mit der Pistole 10, dem Pistolengehäuse 11, den Hoch spannungskomponenten 15, dem
Pistolenregler 18, der ABI-Sonde 26, dem ersten
Stromsensor 33, dem zweiten Stromsensor 34, der
elektronischen Logikeinheit 35 und dem Eingang 41 aus 2 sind.
Beim Regelsystem 332 ist die ABI-Sonde 326 durch ein variables
Widerstandsgerät 342 mit
der Erde verbunden. Das variable Widerstandsgerät 342 kann jedes geeignete
Gerät sein, welches
fähig ist,
im Hochspannungsumfeld eines elektronischen statischen Pulversprühsystems
verwendet zu werden, das Spannungen der Höhe von ± 100 kV begegnen kann. Solch
ein Widerstandsgerät würde üblicherweise
ein Ölbad
zum Isolieren des Widerstandsgeräts
und zum Bereitstellen ausreichender Kühlung beinhalten. Das variable
Widerstandsgerät 342 ist
mit dem Pistolenregler 318 verbunden, so dass der Pistolenregler
den Rückstrom μA3, der durch
den Stromsensor 334 gemessen wird, durch Ändern des
Widerstandes regulieren kann. Der den internen Hochspannungspistolenkomponenten 315 zugehörige Stromsensor 333 misst
den Elektrodenstrom μA1.
Die elektronische Logikeinheit 335 bestimmt die Stromdifferenz μA1–μA3 und vergleicht diese
Differenz mit dem μA2-Stromeingang 341.
Der Rückstrom μA3 wird dann
vom Pistolenregler durch Ändern
des Widerstandes zwischen der ABI-Sonde 326 und der Erde
mittels des variablen Widerstandsgeräts 342 aufrecht erhalten.
Beim Vorbeilaufen jedes Bauteils 36 vor der Pistole 310 stellt
der Pistolenregler 318 das variable Widerstandsgerät 342 ein, welches
in wirksamer Weise die Spannung der ABI-Sonde 326 erhöht oder
senkt, wenn die Stromdifferenz nicht ungefähr gleich dem konstanten Wert
ist. Das Ändern
dieses Widerstandes gleicht in seiner Auswirkung dem Ändern des
Abstandes zwischen der Spitze der ABI-Sonde und der Pistolenelektrode. Je
höher der
Widerstand zwischen der ABI-Sonde 326 und der Erde ist,
desto größer ist
das positive Potential an der Spitze der ABI-Sonde, desto stärker ist das
Feld zwischen der Spitze der Pistole und der Spitze der ABI-Sonde und desto schwächer ist
die Stärke
des Feldes, welches durch die Pistole zwischen der Pistole und dem
Bauteil erzeugt wird. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, während unterschiedlich
geformte Bauteile 36 in die Sprühkabine eintreten, um beschichtet
zu werden, oder sogar während
des Beschichtens eines einzelnen Bauteiles, wenn das Bauteil einen
großen
vertieften Bereich beinhaltetet, der sonst eine signifikante Auswirkung auf
den Abstand zwischen der Pistole und dem Abschnitt des zu beschichtenden
Bauteils haben würde.
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Alle
voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
des Regelsystems der vorliegenden Erfindung haben gemeinsame Vorteile.
Das Regelsystem liefert einen automatischen Rückkopplungskreislauf, welcher
Anwendern erlaubt, den Versorgungsstrom zur Pistolenelektrode automatisch
auf solchen Niveaus zu halten, um den Strom von der Elektrode zu
dem zu beschichtenden Bauteil vor dem Ansteigen zu bewahren, während die
Pistole näher zum
Bauteil bewegt wird. Diese Regelung über den Pistolenstroms verzögert die
Entwicklung von Rück-Ionisation
auf dem Bauteil und verhindert ein Ansteigen der Stärke des
elektrischen Feldes zwischen der Pistole und dem Bauteil, während die
Pistole näher
an das Bauteil bewegt wird. Die Reduktion in der Feldstärke resultiert
wiederum im verbesserten Eindringen des Sprühpulvers in vertiefte Bereiche
auf dem Bauteil hinein. Der automatische Rückkopplungskreislauf operiert
automatisch und es besteht keine Notwendigkeit für einen Bediener, Anwendungsparameter
einzustellen.
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Ein
Nutzen der ABI-Sonde ist, dass sie Anwendern erlaubt, die Feldstärke zwischen
der Pistole und dem geerdeten Bauteil dramatisch zu reduzieren,
sowie praktisch den freien Ionenstrom zum Bauteil zu eliminieren.
Daher wird die Entwicklung von Rück-Ionisation
stark verzögert
und das Durchdringen von Faraday-Käfig-Bereichen wird stark erleichtert.
Tatsächlich
ist, wenn die ABI-Sonde richtig positioniert wird, der Abstand zwischen
der Spitze der Pistole und der ABI-Sonde ungefähr die Hälfte des Abstandes zwischen
der Pistole und dem Bauteil und die gleiche Leichtigkeit des Beschichtens
vertiefter Bereiche wie es in Reibungsanwendungen erreicht wird,
kann mit Corona-Pistolen beobachtet werden.
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Ein
Defizit der ABI-Sonde ist, dass sich der Abstand zwischen der Pistole
und dem Bauteil verändert,
basierend auf der Geometrie des Bauteils und auf Änderungen
im Bauteilsortiment. Wenn sich dieser Abstand ändert, muss die Positionierung
der ABI-Sonde hinter dem Oberteil der Pistole manuell eingestellt
werden, um eine maximale positive Auswirkung der Verwendung der
ABI-Sonde als Ionenkollektor zu liefern. Leider kann solch manuelles
Repositionieren der ABI-Sonde
ziemlich mühsam
sein und resultierend daraus wird dazu tendiert, dies in Produktionsanwendungen
selten auszuführen.
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Die
Technologie, die es Anwendern erlauben würde, automatisch den Strom
zwischen der Pistole und dem Bauteil durch Regeln der Feldstärke und des
Stroms zwischen der Spitze der Pistole und der ABI-Sonde zu regeln,
würde es
auch unnötig
machen, die Positionierung der ABI-Sonde zum Maximieren ihres Nutzens
in Situationen, in denen sich der Abstand zwischen der Pistole und
dem Bauteil ändert,
einzustellen.
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Während die
in den 2, 3 und 7 gezeigten
Regelsysteme im Wesentlichen Systeme mit geschlossenem Regelkreis
sind, in denen der Zielstrom durch Verwenden von Messungen des Versorgungsstroms
und Rückstroms
ermittelt wird, ist es ebenso möglich,
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in einem System mit offenem
Regelkreis zu verwenden, indem ein ungefährer Rückstrom durch Experimentieren
oder durch Erfahrung bestimmt werden kann und die effektive Position
der ABI-Sonde (entweder ist die aktuelle Position der Sonde oder
die einer statischen Sonde zugeführte
Spannung gemeint) abhängig
von den zu beschichtenden Bauteil verändert werden kann. Während solch
ein System mit offenem Regelkreis keine so befriedigenden Ergebnisse
wie das hier beschriebene System mit geschlossenem Regelkreis produzieren
würde,
könnte das
Implementieren in existierende Sprühbeschichtungssystemeleichter
sein.
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Andere
Variationen und Modifizierungen der hier gezeigten und beschriebenen
spezifischen Ausführungsbeispiele
werden für
Fachleute ersichtlich sein, alle innerhalb des beabsichtigten Rahmens
und der Idee der Erfindung. Während
die Erfindung mit Betrachtung spezieller Ausführungsbeispiele gezeigt und
beschrieben wurde, dienen diese statt einer Beschränkung dem
Zweck der Illustration. Demgemäss sind
der Rahmen und die Auswirkungen des Patentes nicht auf die spezifischen
Ausführungsbeispiele, die
hier gezeigt und beschrieben sind, zu beschränken, noch in einem anderen
Weg, der unvereinbar mit dem Umfang der Weiterentwicklung, die durch diese
Erfindung fortgeführt
wurde.