-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenpflegemaschine und insbesondere
eine mobile, angetriebene Maschine zum Härten einer Fußbodenbeschichtung
unter Verwendung von ultraviolettem Licht ("UV-Licht"). Die Maschine der illustrierten Ausführungsform
zieht in Betracht, dass eine flüssige Fußbodenbeschichtung
manuell aufgetragen wird, die Erfindung betrifft aber auch eine
Vorrichtung, die die flüssige
Bodenbeschichtung aufträgt
und sie auch an Ort und Stelle härtet.
-
Hintergrund der Erfindung
-
U.S.
Patent 4,241,255 für
ULTRAVIOLET RAY PROJECTOR (Ultraviolettstrahlen-Projektor) offenbart eine Maschine zum
Bestrahlen einer aufgetragenen Bodenbeschichtung mit ultraviolettem
Licht zum Härten
und Aushärten
der Beschichtung. Diese patentierte Vorrichtung dient insbesondere
zum manuellen Manipulieren der Quelle des UV-Lichts, um UV-Licht
an schwer zugänglichen
Stellen, wie beispielsweise Ecken, auf die Beschichtung aufzubringen;
und es offenbart einen manuell betätigten Verschlussmechanismus
zum Steuern des Aufbringens des UV-Lichts auf die zu härtende Beschichtung.
-
U.S.
Patent 4,999,216 für
METHOD OF COATING CONCRETE FLOORS WITH PHOTOCURABLE COATINGS (Verfahren
zum Beschichten von Betonböden
mit lichthärtenden
Beschichtungen) offenbart ein Verfahren zum Beschichten eines Betonbodens
mit einer Beschichtungsverbindung in flüssiger Form und zum Zulassen,
dass die Flüssigkeit
in die Betonoberfläche
sickert, um eine glatte Beschichtung zu bilden, dann zum Aussetzen
der Beschichtung an Licht im ultravioletten und nahen sichtbaren Bereich,
um die Beschichtung zu härten.
Die Vorrichtung zum Tragen der Quelle ultravioletten Lichts ist nur
in schematischer Form offenbart.
-
Die
Begriffe "Bodenbeschichtung" oder "Beschichtung" oder "härtbare Bodenbeschichtung" und gleichwertige
Begriffe, wie sie hier verwendet werden, sollen großzügig interpretiert
werden und beziehen sich auf Bodenbeschichtungen, die im flüssigen Zustand
aufgetragen werden und bei Bestrahlung mit Licht zu einem festen
Zustand härten
können.
Das Licht in der illustrierten Ausführungsform, das die Härtung bewirkt,
ist überwiegend
im ultravioletten Bereich, kann aber auch Licht im nahen sichtbaren Bereich
enthalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht von irgendwelchen
bestimmten Beschichtungsmaterialien abhängig. Die Erfindung betrifft
alle Materialien, die bei Anwendung von Strahlungsenergie härten (d.h. "lichthärtende Materialien"), unabhängig davon,
ob diese überwiegend
im ultravioletten Bereich ist oder ultraviolettes, nahes sichtbares
und sichtbares Licht enthält,
wie der Fachmann auf dem Gebiet der lichthärtenden Materialien einsehen
wird. Solche Beschichtungen sind bekannt, wie beispielsweise in
U.S. Patent 4,999,216 und in der gleichzeitig hängigen provisorischen U.S.
Patentanmeldung für Ultra
Violet Light Curable Floor Coating With Coloring Agent (Durch ultraviolettes
Licht härtbare
Bodenbeschichtung mit Farbstoff) beschrieben, die am 29. September
1998 eingereicht wurde und die Seriennummer 60/102,220 hat. Die
Strahlungsenergie katalysiert eine freie radikalische Polymerisierung
und resultiert, je nach Intensität
der Strahlungsenergie, innerhalb von Sekunden in einer vollständig ausgehärteten Beschichtung.
Ein Beispiel einer härtbaren
Bodenbeschichtung, die vorwiegend ultraviolettes Licht benötigt, enthält als die
beiden aktiven Elemente ein Urethanacrylat-Oligomer und ein acryliertes
Monomergemisch. Härtbare
Beschichtungen dieser Art sind im Handel erhältlich und auf dem Gebiet bekannt.
-
Daher
ist beabsichtigt, obwohl die Lichtquelle der illustrierten Ausführungsform
vorwiegend eine Quelle von ultravioletter Energie ist, dass die
Erfindung und die Begriffe ultraviolett oder "UV" Lichtquellen
gestrahlter Lichtenergie beliebiger Wellenlänge oder Frequenz einschließen, die
Härten
oder Vernetzung bewirken oder die freie radikalische Polymerisierung
der aufgetragenen photorezeptiven Materialien katalysieren, um die
gewünschte
Beschichtung zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung zieht keine Beschränkung auf
irgendeine bestimmte Beschichtung oder auf irgendeine Bande von
Lichtenergie in Betracht, außer
dass das Material in der Lage sein muss, bei Aussetzen an Lichtbestrahlung
von einer Flüssigkeit
zu einem festen Zustand zu härten,
nachdem die Beschichtung auf eine Bodenfläche aufgetragen wurde.
-
Quellen
von UV-Licht in Form von Leuchtstoffröhren wurden für verschiedene
Anwendungen entwickelt. Einige dieser Quellen enthalten einen parabolischen
Reflektor, um Licht von einer Seite der Quelle zu sammeln und umzulenken,
wobei das Licht in einem Brennpunkt fokussiert wird. (Genau genommen
auf einer Linie, die parallel zur Achse der Leuchtstoffröhre ist
und in einem bekannten Abstand von der Achse entfernt liegt). Quellen
von UV-Licht dieser Art für
die kommerzielle Anwendung benötigen
für den
Betrieb erhebliche Mengen elektrischen Stroms. Um für die vorliegende
Erfindung effizientes und wirtschaftliches Aufbringen des Lichts
auf eine Bodenfläche
zu erreichen, ist es wünschenswert, dass
die UV-Lichtquelle in einem vorherbestimmten Abstand von der Oberfläche der
Anwendung gehalten wird, um das Aufbringen von UV-Leistung zu maximieren
und zu steuern. Ein weiteres bekanntes Problem bei der Verwendung
von Leuchtstofflampen besteht darin, dass die von der Lampe erzeugte
Menge strahlender Lichtenergie eine Funktion der Temperatur der
Lampe ist und es sehr lange dauert (im Vergleich zur Härtungsgeschwindigkeit
für verfügbares Material),
bis die Lampe sich auf die Betriebstemperatur zum Erzeugen eines
konstanten oder im Wesentlichen konstanten Strahlungspegels (oder
Leistungspegels) erwärmt
hat. Die Verwendung einer Lampe, die die erwünschte Betriebstemperatur nicht erreicht
hat, könnte
ungleichmäßige Ergebnisse beim
Härten
erzeugen, das Auslösen
eines Startzyklus nach jedem Abschalten der Lampe würde jedoch zu
spürbaren
Verzögerungen
führen.
-
Es
sind Materialien zum Erzeugen einer lichthärtenden Beschichtung für Oberflächen, einschließlich Bodenoberflächen, bekannt,
den Anmeldern ist jedoch keine gegenwärtig auf dem Markt erhältliche kommerzielle
Maschine bekannt, um Lichtenergie an Ort und Stelle auf eine härtbare Beschichtung
aufzubringen. Mindestens einer der Gründe, aus denen geglaubt wird,
dass derzeit keine kommerziellen Systeme erhältlich sind, ist das mit dem
Erhalten reproduzierbarer Ergebnisse auf dem Boden assoziierte Problem.
Die lichthärtenden
Materialien werden mit hohen Geschwindigkeiten gehärtet, die
Härtungsgeschwindigkeit
oder -zeit hängt
jedoch in hohem Maß von
der Intensität
des Lichts ab, mit dem die Beschichtung bestrahlt wird. Die Härtung hängt sowohl von
der Anwendungszeit als auch der Flussdichte (d.h. Intensität) des auf
die Beschichtung einfallenden Lichts ab. Die Lichtflussdichte ist
ihrerseits eine Funktion des Abstands der Lichtquelle von der Anwendungsoberfläche, wie
zuvor erwähnt,
sowie der auf das Licht angewandten Leistung und der Betriebstemperatur
der Lichtquelle.
-
Daher
können
reproduzierbare Ergebnisse für
das gehärtete
Material nur erhalten werden, wenn die Lampe eine stabile Betriebstemperatur
erreicht hat. Ebenso sind die Ergebnisse nicht reproduzierbar, wenn
die Leistungszufuhr zur Lampe verändert wird, die Fahrgeschwindigkeit
der Maschine über
den Boden verändert
wird oder die Höhe
der Lampe geändert
wird.
-
Wenn
alle diese Variablen und insbesondere die schnellen Härtungsgeschwindigkeiten
von lichthärtenden
Materialien berücksichtigt
werden, wird man einsehen, dass kommerzielle Hersteller von Bodenpflegemaschinen
zögerlich
waren, die Probleme in Angriff zu nehmen. Es ist weiter zu beachten,
dass es sich bei Bedienern von Bodenpflegemaschinen typischerweise
um fest angestelltes Wartungspersonal oder im Auftrag arbeitendes
Wartungspersonal handelt. Beide Berufsgruppen kennen sich aus in
der mechanischen Manipulation von Maschinen wie Polier- und Schwabbelmaschinen,
Bodenschrubbern und Teppichreinigern, und haben wenig oder keine Erfahrung
in der Handhabung schnell härtender
Materialien, die durch Aussetzen an Lichthärtungslicht härtbar sind.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt,
wie sie in Anspruch 1 oder Anspruch 17 beschrieben ist.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine mobile motorgetriebene Bodenpflegemaschine
bereit, die einen programmierbaren Computer, wie beispielsweise
einen Mikroprozessor oder anderen Signalprozessor, Datenprozessor
oder Kontroller nutzt, um die mit der Ultravioletthärtung einer
Bodenbeschichtung durch eine angetriebene (d.h. motorisierte) Maschine assoziierten
Funktionen zu steuern. Die Maschine hat drei Grundbetriebsmodi:
Fahren (oder manuell), Bereit und Härten. Sie werden manchmal als "System-" oder "Maschinen-"Betriebsmodi bezeichnet, um
sie von den Betriebsmodi des Ballasts zu unterscheiden, bei denen
es sich um unabhängige
Betriebsmodi handelt. Kurz gesagt, wird im Fahrmodus (oder "manuellen" Modus) die Bodengeschwindigkeit (oder "Fahrgeschwindigkeit") der Maschine vom
Bediener geregelt. Im Bereitschaftsmodus wird die Leistung des UV-Applikators
auf einem Ruhepegel oder stationärem
Pegel gehalten, um die Zeit zum Erreichen eines Härtungspegels
erheblich zu reduzieren. Die Fahrgeschwindigkeit der Maschine wird
im Bereitschaftsmodus ebenfalls vom Bediener geregelt. In den Härtungsmodi
hat die illustrierte Ausführungsform
drei getrennte Härtungseinstellungen
(Härtung I,
Härtung
II und Härtung
III), die Erfindung ist jedoch nicht auf die Zahl der Einstellungen
in einem Härtungs-Betriebsmodus
beschränkt.
Für jeden
Härtungsmodus
wird die Maschine mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit angetrieben,
die vom Mikroprozessor eingestellt wird und mit dem Leistungspegel
der UV-Lampe korreliert ist, um eine gleichmäßige Dosierung pro Flächeneinheit
zu erreichen und für
gleichmäßige Härtungsergebnisse
zu sorgen.
-
Die
illustrierte Maschine wird von einem Elektromotor angetrieben und
umfasst angetriebene Hinterräder
sowie eine vordere Lenkrolle zum Lenken und für die Mobilität. Eine
Quelle von ultraviolettem (UV-)Licht oder eine andere Quelle von
härtender
Strahlungsenergie ist vorne an der Maschine in der Nähe des Bodens
angebracht. Die IV-Lichtquelle ist in einem eingeschlossenen Gehäuse montiert, das
mit einem Verschluss ausgestattet ist und das Gehäuse wird
von einem Steuerungs- oder Positionierungsgestänge getragen, so dass die Lichtquelle für den Fahrmodus
angehoben und für
den Bereitschafts- und den Härtungsmodus
abgesenkt werden kann. In den Härtungsmodi,
wenn die Maschine in Bewegung ist, ist der Verschluss offen und
die Höhe der
UV-Lichtquelle wird vom Prozessor geregelt, so dass sie sich in
einem vorherbestimmten Höhenbereich über dem
Boden befindet.
-
Im
Fahrmodus, der verwendet wird, um die Maschine mit Antrieb und unter
Geschwindigkeitssteuerung durch den Bediener von einem Anwendungsort
zum anderen zu bewegen, führt
der Mikroprozessor Folgendes aus: (i) er schaltet den Ballast aus,
der die UV-Lichtquelle speist, (ii) er schließt den Verschluss des UV-Applikators
und (iii) er hebt das Gehäuse
für die
UV-Lichtquelle in eine Transportposition an. Im Fahrmodus erfolgt
die Bedienung manuell unter der Steuerung des Bedieners und ein
herkömmliches
Motorantriebssystem mit Pulsbreitenmodulationsschaltungen wird verwendet,
um einen Gleichstrommotor zum Antreiben der Maschine zu speisen.
Die Geschwindigkeit kann vom Bediener verändert werden und der Bediener
hat außerdem über handbetätigte Hebel
(oder "Richtungsstellglieder") die Kontrolle über Vorwärts-/Rückwärtsrichtung.
-
Wenn
vom Bediener der Maschinenbereitschaftsmodus gewählt wird, wird die UV-Lampe in einen Ruhezustand
erregt. Das bedeutet, dass sich der UV-Applikator auf einem elektrischen
Leistungspegel befindet, der niedriger ist als für den Härtungsbetrieb, der aber ausreicht,
um die zum Erwärmen
der Lampe für
den Betrieb im Härtungsmodus
erforderliche Zeit zu verkürzen.
Im Ruhezustand des Bereitschaftsmodus ist das UV-Lampengehäuse in die Gebrauchs- oder
Härtungsposition
abgesenkt und der Verschluss bleibt geschlossen, es wird jedoch
ein Kühlventilator eingeschaltet,
um das Gehäuse
zu kühlen.
-
In
jedem der drei Härtungsmodi
wird vom Bediener ein bestimmter Härtungspegel ausgewählt. Die
Funktionsweise der Maschine ist im Wesentlichen für alle Härtungsmodi
gleich, außer
dass die Fahr- oder Bodengeschwindigkeit der Maschine für jeden
Härtungsmodus
vom Prozessor als Funktion der vom Bediener gewählten Härtungsgeschwindigkeit vorherbestimmt
und geregelt wird. Beispielsweise kann der Härtungsmodus I den höchsten Leistungspegel
oder die höchste
Intensität
der angewandten Strahlungsenergie haben und hat daher die schnellste
Fahrgeschwindigkeit. Der Härtungsmodus II
kann eine mittlere Intensität
der angewandten Strahlungsenergie und eine entsprechend niedrigere Fahrgeschwindigkeit
haben. Und der Härtungsmodus
III ist der niedrigste Leistungspegel und hat eine entsprechend
niedrigere Fahrgeschwindigkeit. Die Gesamtdosierung des aufgebrachten
Strahlungshärtungslichts
ist im Wesentlichen für
jeden Härtungsmodus
konstant, die Anwendungszeit ist jedoch für jeden Härtungsmodus verschieden.
-
Kurz
gesagt, ist der Betrieb des Systems in den drei Härtungsmodi
der selbe, außer,
dass der Intensitätspegel
der Ultraviolettlichtquelle verschieden ist und der Mikroprozessor
für jede
Lichtintensität eine
andere Fahrgeschwindigkeit der Maschine einstellt. Je höher die
Intensität
des ultravioletten Lichts, desto schneller wird die Maschine über den
Boden fahren. So steuert in jedem der Härtungsmodi der Prozessor den
Ballast, um die UV-Lampe
mit dem gewünschten
Leistungspegel zu speisen. Während die
UV-Lampe aufgeheizt wird (eine sehr kurze Zeit verglichen mit einem
kompletten Start aus dem ausgeschalteten Zustand), speist der Prozessor
ein Stellglied, das ein Gestänge
zum Positionieren der UV-Lampe in der gewünschten Betriebshöhe steuert. Nach
einer kurzen Zeit, in der Größenordnung
von einigen Sekunden, öffnet
der Prozessor den Verschluss und betätigt die Fahrgeschwindigkeitssteuerung,
um die Maschine, in Vorwärts-
oder Rückwärtsbewegung
gemäß der Auswahl
des Bedieners und mit der vom Mikroprozessor eingestellten Geschwindigkeit,
je nach vom Bediener gewähltem
Härtungsmodus,
anzutreiben.
-
Auf
der Bedienkonsole der Maschine befinden sich Anzeigeleuchten, um
anzuzeigen, welcher Modus vom Bediener gewählt wurde und um den Status
des Betriebs anzuzeigen.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform offensichtlich,
wobei identische Bezugszeichen auf gleiche Teile in den verschiedenen
Ansichten verweisen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine Seitenansicht einer mobilen Maschine zum Aufbringen von UV-Energie
auf eine lichthärtende
Bodenbeschichtung, die gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut ist;
-
2 ist
eine Nahansicht der rechten Seite des UV-Applikators und des Verschlussmechanismus
der Maschine in 1, abgesenkt in die Gebrauchsposition;
-
3 ist
eine ähnliche
Ansicht wie die in 2, mit in die Transportposition
angehobenem UV-Applikator;
-
4 ist
eine Ansicht der Bedienkonsole des Bedieners für die Maschine in 1;
-
5 ist
ein Schemadiagramm für
das Steuersystem der Maschine in 1;
-
6 und 7 sind
Ablaufdiagramme, die den Betrieb des Mikroprozessors und des Steuersystems
der Maschine in 1 zeigen;
-
8 ist
ein Funktions-Blockdiagramm des Steuersystems der Vorrichtung wie
zuvor beschrieben und abgeändert,
um einen kleineren, tragbaren UV-Lampenapplikator aufzunehmen; und
-
9 ist
eine Seitenansicht, die einen mit der Maschine in 1 verbundenen
tragbaren UV-Applikator zeigt.
-
Ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
-
In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 allgemein eine Bodenpflegemaschine,
die mit einer, allgemein mit 11 bezeichneten Ultraviolett-("UV-")Applikatoreinheit
ausgestattet ist. Wie zuvor erwähnt, kann
die angewandte Strahlungsenergie, je nach chemischer Zusammensetzung
der auf den Boden aufgetragenen lichthärtenden Materialien ultraviolettes
oder sichtbares Licht oder beides enthalten. Die Applikatoreinheit 11 ist
mittels eines Steuergestänges,
das allgemein durch Bezugszeichen 14 bezeichnet wird, am
Rahmen oder Chassis 12 der Maschine 10 angebracht.
-
Die
Maschine 10 enthält
ein Gehäuse 15, das
am Rahmen 12 angebracht ist. Das Gehäuse 15 ist bei 17 ausgeschnitten,
um gewisse interne wirksame Komponenten der Maschinen zu zeigen.
-
Ein
Griff 19 befindet sich außerhalb des Gehäuses 15 an
der Bedienerstation; und eine Bedienkonsole 20, wie in 4 zu
sehen, ist an der Bedienerstation, neben dem Griff 19 am
Gehäuse 15 angebracht.
-
Ein
Steuerungs- oder "Richtungs"-Stellglied 22 befindet
sich neben dem Griff 19 und vor dem Griff an der Bedienerstation.
Ein ähnliches
Stellglied (beide in der Form eines Drahtbügels) befindet sich auf der
anderen Seite des Griffs 19. Die Stellglieder 22 sind
dazu angeordnet, von den Fingern der linken und rechten Hand des
Bedieners gegriffen zu werden, während
die Handflächen
des Bedieners auf dem Griff 19 liegen. Die Richtungsstellglieder 22 haben
eine herkömmliche
Konstruktion. Wie nachfolgend weiter erklärt wird, steuert der Bediener
die Vorwärts-
oder Rückwärtsfahrbewegung
der Maschine, indem er das rechte Stellglied (vorwärts) oder
das linke Stellglied (rückwärts) zieht.
-
Der
Rahmen 12 und die Maschine werden von einer mittigen vorderen
Lenkrolle, wie sie unter 24 in 1 gezeigt
ist, und einem Paar angetriebener Hinterräder getragen, von denen eines
zu sehen ist und mit 25 bezeichnet ist. Ein Gleichstromantriebsmotor 27 treibt
das Getriebe für
die Hinterräder 25 auf
herkömmliche
Weise und unter Verwendung einer herkömmlichen Motorsteuerungsschaltung
an, die Pulsbreitenmodulation (PWM) nutzt, um die Geschwindigkeit
zu regeln.
-
Der
UV-Applikator 11, wie er am besten in 2 zu
sehen ist, enthält
eine Verschluss-/Reflektoreinheit 29 in
einem Applikatorgehäuse 30,
die eine nach unten weisende Öffnung 31 definiert.
Zwei gekrümmte
Bleche 32, 33 sind wie nachfolgend beschrieben
am Gehäuse 30 angebracht,
um einen Verschluss zu bilden. Die Verschlussbleche 32, 33 sind
an Zahnrädern 16, 18 angebracht,
die ihrerseits von einem Arm oder Schaft 34 eines elektrischen
Linearstellglieds, das allgemein mit 35 bezeichnet ist, betätigt werden.
Das Linearstellglied 35 enthält einen Gleichstrommotor 36,
ein Zahnradgetriebe 37 und ein Gehäuse 38.
-
Der
Arm 34 ist mit einer gabelförmigen Zahnstange 13 an
seinem distalen Ende verbunden, die zwei Zahnstangen 35A, 35B bildet,
die jeweils mit dem Zahnrad 16 bzw. 18 gekoppelt
sind, um die Verschlussbleche 32, 33 zwischen
der offenen oder Gebrauchsposition in 2 und der
geschlossenen Position in 3 zu betätigen.
-
Wenn
das Stellglied mit Strom gespeist wird, fährt es (je nach Polarität der angelegten
Spannung) den Arm 34 ein oder aus. Wenn der Arm 34 nach
unten ausfährt,
treibt er die Zahnstange und Zahnradverbindung an, um die Verschlussbleche 32, 33,
wie in 2 zu sehen, zu öffnen, und die gekrümmten Verschlussbleche
wirken zusammen, um einen Reflektor zu bilden und das Licht nach
unten zu fokussieren. Die Ultraviolettlampe 40 und die
Verschlussreflektoreinheit sind im Gehäuse 30 montiert, um Licht
von der Lampe 40 nach unten auf eine Bodenoberfläche oder
andere horizontale Anwendungsoberfläche zu fokussieren, wenn der
Verschluss offen ist und sich das Gehäuse in der abgesenkten oder Gebrauchsposition
befindet, wie in 2 zu sehen. Wenn der Arm 34 eingefahren
wird, schließt
er die Verschlussbleche und trennt die UV-Lichtquelle vom darunterliegenden
Boden, wie in 3 zu sehen.
-
Ein
Ventilator 42 ist im Gehäuse 30 montiert, um
Luft durch das Gehäuse
zu zwängen,
um die Lampe 40 und die gesamte Verschluss-/Reflektoreinheit 29 zu
kühlen,
wie später
beschrieben wird.
-
Das
Steuergestänge 14 umfasst
zwei Gestänge
mit jeweils vier Stangen, mit denen das Applikatorgehäuse 30 am
Rahmen 12 der Maschine montiert ist. Die Gestänge mit
jeweils vier Stangen sind in Aufbau und Funktion ähnlich und
befinden sich jeweils auf einer Seite der Mittellinie der Maschine.
Das rechte Gestänge,
das in 1 gezeigt ist, umfasst ein unteres Glied 44.
Das hintere Ende des Glieds 44 ist bei 46 drehbar
am Rahmen 12 angebracht und das vordere Ende des Glieds 44 ist
bei 47 drehbar an einer aufrechten Halterung 48 angebracht,
die hinten am Gehäuse 30 des
UV-Applikators angebracht ist und diesen trägt. Das hintere Ende des oberen Glieds 45 ist
an einer Stange 49 angebracht, die drehbar am Rahmen 12 angebracht
ist und sein vorderes Ende ist bei 50 drehbar an der Halterung 48 angebracht.
So sind die vier Drehgelenke des Steuergestänges durch die Drehgelenke 46, 47 und 50 und
die Stange 49 definiert.
-
Eine
Kurbel 52 ist an der Drehgelenkstange 49 angebracht
und ihr unteres Ende ist drehbar an einem Verlängerungsarm 53 eines
zweiten elektrischen Linearstellglieds angebracht, das allgemein mit 55 bezeichnet
ist und dem zuvor beschriebenen Linearstellglied 35 ähnlich ist.
Das Linearstellglied 55 befindet sich ebenfalls unter der
Kontrolle des Prozessors, wie später
beschrieben wird. Wenn der Arm 53 des Stellglieds 55 ausgefahren
wird, dreht er die Kurbel 52 im Gegenuhrzeigersinn um die
Achse der Stange 49 und hebt dadurch das obere Glied 45 im Gegenuhrzeigersinn
an und hebt den UV-Applikator 11 aus der in 1 und 2 gezeigten
Gebrauchsposition in eine in 3 gezeigte
Transportposition. Außerdem
ist in 1 ein Gehäuse 57 für den elektronischen
Ballast gezeigt, der am Rahmen 12 angebracht ist. Es wird
angemerkt, dass das Anheben und Absenken des UV-Applikators 11 zwischen
der Gebrauchs- und der Transportposition vom Einstellen der Position
des Applikators in den Härtungsmodi zum
Halten des Applikators innerhalb eines vorherbestimmten Höhenbereichs
während
des Härtens, verschieden
ist. Die Höheneinstellung,
die nachfolgend weiter diskutiert wird, wird durch dasselbe Stellglied 55 und
Gestänge 14 unter
der Steuerung des Computers bewirkt.
-
In 4 sind
die dem Bediener zur Verfügung
stehenden Bedienungselemente gezeigt. Bei der Bedienkonsole 20 kann
es sich um eine flexible Membran des Typs handeln, wie sie zum Abdecken von
Steuerungsschaltern verwendet wird. Das heißt, entsprechende Steuerungsschalter
sind unter der Membran angebracht und werden durch die Membran betätigt, wenn
der Bediener einen zugehörigen Teil
der Membran über
dem Schalter berührt
und herunterdrückt.
Bezugszeichen 60 bezeichnet ein Betätigungsglied oder -feld und
einen zugehörigen
Schalter, um den Strom ein oder aus zu schalten. Strom wird in der
illustrierten Ausführungsform
von einer herkömmlichen
120-Volt-, 60-Hz-Quelle zugeführt, wie
sie üblicherweise
in herkömmlichen
Steckdosen gefunden wird. Die nachfolgende Beschreibung bezieht
sich auf eine Maschine, die mit Strom von 120 Volt bei 60 Hz versorgt
wird. Die vorliegende Erfindung lässt sich jedoch ohne Weiteres
für Spannungen
von 220 Volt oder andere Spannungen oder andere Frequenzen als 60
Hz oder für
eine Batteriequelle anpassen, obwohl die Batteriereihe aufgrund des Energiebedarfs
möglicherweise
recht groß sein müsste.
-
Um
die übrige
Beschreibung der Bedienkonsole zu vereinfachen, wird jeder Teil
der Membran, der vom Bediener betätigt werden kann, als Schalter bezeichnet
und im Interesse der Einfachheit werden die Schalter in den Schemadiagrammen
und der Betätigungsteil
auf der Bedienkonsole in 4 mit dem selben Bezugszeichen
bezeichnet. Man wird einsehen, dass sich der eigentliche Schalter
hinter der Membran befindet und geeignete elektrische Kontakte zum Öffnen oder
Schließen
eines Stromkreises im Schemadiagramm von 5 enthalten
kann. So bezeichnet das Bezugszeichen 61 einen Stromschalter zum
Versetzen der Maschine in den Fahrmodus und ggf. zum Ausschalten
des UV-Applikators. Kurz gesagt, wird im Fahrmodus die Geschwindigkeit
der Maschine, wie sie durch den zuvor beschriebenen Gleichstrommotor 27 bestimmt
wird, dadurch geregelt, dass der Bediener einen Geschwindigkeitsregelungsknopf 62 dreht,
der ein Potentiometer oder eine andere verstellbare elektrische
Vorrichtung regelt, um ein Signal zu erzeugen, das vom Prozessor
erfasst wird, um die Stromzufuhr zum Motor zu steuern, wie später beschrieben
wird. Wenn der Bediener den Schalter 61 drückt und
die Maschine in den Fahrmodus versetzt, wird eine sichtbare Anzeige
in der Form einer mit 63 bezeichneten Leuchtdiode oder
LED erregt. Der Bediener bewirkt, dass sich die Maschine vorwärts bewegt,
indem er das rechte Richtungsstellglied 22 zum Griff 19 zieht
und sich rückwärts bewegt,
indem er das linke Richtungsstellglied 22 zieht.
-
Typischerweise
versetzt der Bediener die Maschine in den Fahrmodus und verstellt
die Fahrgeschwindigkeit mit dem Knopf 62 bis die Maschine
an einem Ort eintrifft, an dem eine Beschichtung gehärtet werden
soll. Die Maschine wird angehalten, wenn sie den Bereich erreicht,
der mit Härtungslicht
behandelt werden soll. Der Bediener kann bewirken, dass die Maschine
in einen Bereitschaftsmodus wechselt, indem er den Schalter 64 drückt, was,
wie weiter beschrieben wird, eine Ballastschaltung 84 für die UV-Lampe
derart erregt, dass sie in einen Bereitschaftszustand versetzt wird,
der der Ruhezustand genannt wird. Dies erzeugt weniger Wärme als
im Härtungsmodus,
reduziert den Stromverbrauch und spart dadurch Strom und verkürzt die
benötigte
Zeit, um die Maschine in einen Härtungsmodus
zu versetzen. Wenn sich die Maschine im Bereitschaftsmodus befindet,
wird eine andere, mit 65 bezeichnete LED erregt, um dem
Bediener ein sichtbares Signal zu liefern. Im Bereitschaftsmodus
kann die Maschine unter manueller Bedienersteuerung und mit einer
vom Bediener unter Verwendung des Regelungsknopfes 62 eingestellten
Geschwindigkeit gefahren werden. Wenn die auf den Boden aufgetragene
Beschichtung gehärtet
werden soll, bewirkt der Bediener, dass die Maschine in einen Härtungsmodus
wechselt, indem er den Schalter 67 drückt, was bewirkt, dass eine
Anzeigeleuchte 68 erregt wird. Der Bediener kann den Bereitschaftsmodus überspringen
und direkt in einen Härtungsmodus
wechseln, wenn die Situation dies rechtfertigt, wie der Fachmann
aus der gesamten Offenbarung des Betriebs einsehen wird. In den
Härtungsmodi
schließt
die Betätigung
des Schalters 67 Kontakte und wird vom Prozessor 82 in 5 erfasst.
Der Schalter 67 kann viermal hintereinander gedrückt werden,
um vollständig
zur Ausgangseinstellung zurückzuwechseln.
Das erste Drücken
des Schalters 67 bewirkt, dass der Mikroprozessor den UV-Applikator
in den ersten von drei vorherbestimmten Härtungsmodi oder -pegeln versetzt.
Das erste Drücken
des Schalters 67 versetzt den UV-Applikator in die stärkste Intensität der Härtung ("Härtung I" genannt), die sichtbar durch das größere Symbol
einer brennenden Glühbirne 70 angezeigt
wird, und liefert dem Bediener eine sichtbare Anzeige, indem eine
mit dem Symbol 70 assoziierte LED 71 erregt wird.
Das zweite sequentielle Drücken
des Schalters 67 versetzt das System in einen Härtungsmodus
mit geringerer Intensität
(Härtung
II), der mit dem sichtbaren Symbol 72 assoziiert ist und
dem Bediener eine sichtbare Anzeige liefert, indem eine LED 73 neben
dem sichtbaren Symbol 72 erregt wird. Das dritte sequentielle
Drücken
des Schalters 67 durch den Bediener versetzt das System
in den Härtungsmodus
mit der geringsten Intensität
(Härtung
III), der durch das kleinste Symbol einer brennenden Glühbirne (74) dargestellt
wird, und liefert dem Bediener eine sichtbare Anzeige, indem eine
LED 75 zum Leuchten gebracht wird. Das vierte sequentielle
Drücken
des Schalters 67 versetzt den UV-Applikator zurück in den
Modus "Härtung I".
-
Die
Zahl diskreter Betriebsintensitäten
(d.h. Härtungsmodi)
der UV-Lampe und die Reihenfolge der Betriebsintensitäten kann
vom Fachmann abgeändert
werden, ohne von den Grundsätzen
der Erfindung abzuweichen. In der illustrierten Ausführungsform
und als Beispiel, ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken, liefert
der Modus "Härtung I" 100% Leistung an
die UV-Lampe; "Härtung II" liefert 95% der
Leistung von "Härtung I" und "Härtung III" liefert 90% der Leistung im Modus "Härtung I". Für
jeden Härtungsmodus
passt der Mikroprozessor die Drehzahl des Motors 27 an,
wie später
diskutiert wird.
-
Im
linken unteren Teil der Bedienkonsole 20 befinden sich
drei Statusanzeige-LEDs 78, 79 und 80.
Wenn die UV-Lampe zuerst gezündet
wird, wechselt der Ballast, der die Lampe zündet, in einen "Startmodus". Wie beschrieben,
hat der Bediener die Option in den Bereitschaftsmodus oder in einen
Härtungsmodus
zu wechseln. Wenn der Bediener entweder den Bereitschaftsmodus oder
einen der Härtungsmodi
wählt,
meldet der programmierte Mikroprozessor der elektronischen Ballastschaltung 84. Der
Ballast wechselt in den Startmodus und übersteuert die UV-Lampe, um
die Aufwärmzeit
zu verkürzen.
Der Ballast wechselt immer dann in seinen Startmodus, wenn er anfänglich eingeschaltet
wird (d.h. Bereitschaftsmodus oder ein beliebiger Härtungsmodus),
nachdem er komplett ausgeschaltet war. Sobald das Plasma in der
Lampe stabil ist, erkennt die Ballastschaltung diesen Zustand und
wechselt in einen Laufmodus und schickt ein entsprechendes Signal
an den Mikroprozessor. Der Ballast hält die Lampe im Laufmodus,
indem er nicht zulässt,
dass der Leistungspegel unter 65% sinkt, der Mikroprozessor bestimmt
jedoch die tatsächliche
Betriebsleistung für die
Lampe in den Härtungsmodi,
indem er Signale entlang der Lampensteuerungsleitung 98 an
die Ballastschaltung 84 schickt. Auf diese Weise kann der Ballast
in einem Zustand der Bereitschaft (dem Ruhezustand) gehalten werden,
jedoch mit reduziertem Leistungspegel. Auf diese Weise muss der
Ballast nicht wieder den Startmodus durchlaufen, wenn der Bediener
einen Härtungsmodus
wählt,
was wesentlich länger
dauern würde,
als die Zeit, die benötigt wird,
um den Härtungsbetrieb
aus dem Ruhezustand zu erreichen. Als Beispiel kann der Ruhezustand
ein Leistungspegel von 65% sein, was niedriger ist als zum Härten (z.B.
90–100%).
Der Ballast-Startmodus wird von der LED 79 auf der Bedienkonsole 20 in 4 angezeigt.
Wenn die LED 79 leuchtet, befindet sich der Ballast in
seinem Startmodus.
-
Nachdem
die UV-Lampe eine stabile Betriebstemperatur erreicht hat und der
Ballast in den Laufmodus wechselt, leuchtet die LED 78,
um dem Bediener zu melden, dass sich der Ballast im Laufmodus befindet.
-
Zusammenfassend
kann gesagt werden, dass, wenn sich der Ballast im Ruhezustand des Laufmodus
befindet und sich entweder (i) die Maschine im oben beschriebenen "Bereitschaftsmodus" befindet oder (ii)
sich die Maschine in einem oben beschriebenen "Härtungsmodus" befindet, sich aber nicht
in Fahrbewegung befindet (d.h. der Bediener hat die Vorwärts- oder
Rückwärts-Richtungsstellglieder 22 nicht
betätigt),
der Ballast den Betrieb der UV-Lampe auf ungefähr 65% ihrer normalen Betriebsleistung
für den
Härtungsmodus
I hält.
Während
sich die UV-Lampe im Ruhezustand mit niedrigerer Leistung befindet,
wird der Verschluss 29 geschlossen, um die Beleuchtung
und Härtung
auf der Oberfläche
des zu behandelnden Bodens zu verhindern. Die niedrigere Leistung
des Ruhezustands reduziert den Wärmeverzug
von Verschlüssen
und Gehäuse,
der andernfalls stattfinden könnte,
wenn die UV-Lampe bei geschlossenem Verschluss mit 100% Leistung
betrieben würde.
Wie erwähnt,
verkürzt
der Betrieb im Laufmodus mit dem Ruhepegel (65% der Nenn- oder Bemessungsleistung)
wesentlich die Zeit, die benötigt
wird, um die Lampe auf einen zum Härten erwünschten Leistungspegel zu bringen.
-
Der
Ballast wird während
des selben Betriebszyklus nicht automatisch wieder in den Startmodus
wechseln. In anderen Worten, in den Startmodus wird nur gewechselt,
wenn die UV-Lampe anfänglich gezündet wird,
nachdem sie vollkommen ausgeschaltet war. Wenn der Bediener einen
Härtungsmodus
verlässt
und in den Bereitschaftsmodus wechselt, reduziert der Ballast die
Leistungszufuhr zur Lampe zum Ruhezustand und der Verschluss wird geschlossen.
Der Ballast wird im Laufmodus im Ruhezustand bleiben. Wenn die Maschine
dann in einen "Härtungsmodus" versetzt wird und
das Vorwärts-(oder Rückwärts-)Richtungsstellglied 22 betätigt wird,
wird der Prozessor der Ballastschaltung befehlen, dass sie die Leistung
zur UV-Lampe auf die erwünschte
Betriebsleistung erhöhen
soll, die dem vom Bediener gewählten
Härtungspegel
entspricht (d.h. Härtung
I, Härtung
II oder Härtung
III). Dies geschieht in einer relativ zum Ballaststart vergleichsweise
kurzen Zeit und ist im Gesamtbetrieb des Systems keine Unannehmlichkeit.
-
Wenn
vom Ballast ein Fehler erfasst wird, leuchtet eine LED 80 (4),
um den Bediener zu warnen. Die LED 80 ist außerdem mit
einem sichtbaren Symbol assoziiert, um dem Bediener die Art des zugehörigen Status
der Maschine mitzuteilen. Ein Fehler kann beispielsweise durch eine
ausgefallene UV-Lampe verursacht werden oder durch eine UV-Lampe,
die nicht mehr auf dem erwünschten Leistungspegel
laufen kann (wie von der Ballastschaltung 84 erfasst) oder
durch eine falsch installierte UV-Lampe.
-
In 5 ist
ein elektrisches Schemadiagramm des Steuersystems für die beschriebene
Vorrichtung gezeigt. Das Steuersystem umfasst einen Computer in
der Form eines programmierbaren Mikroprozessors (oder eines anderen
Daten- oder Signalprozessors mit gespeichertem Programm) 82, eine
elektronische Ballastschaltung 84, die die UV-Lampe 40 speist,
eine herkömmliche
Fahrgeschwindigkeits-Steuerungsschaltung 86, die zuvor beschriebene
Eingabetastatur oder Bedienkonsole 20, das zuvor beschriebene
Lampenverschluss-Stellglied 35 und das zuvor beschriebene
Gestängestellglied 55 zum
Anheben, Absenken und Verstellen der Höhe des UV-Applikators 11.
Darüber
hinaus umfasst das System einen Kühlventilator 42, der
im Gehäuse
des UV-Applikators 11 montiert ist (2). Das
System umfasst außerdem
einen mit 90 bezeichneten Ultraschallsensor. Der Ultraschallsensor 90 ist
vorne am Gehäuse 30 des
UV-Applikators 11 angebracht und ist nachfolgend weiter
beschrieben. Das System kann außerdem
einen Zähler 93 umfassen,
um die Zahl der Stunden aufzuzeichnen, während denen der Ballast erregt
war.
-
Funktion des
Mikroprozessors
-
Programmierung
und Funktion des Mikroprozessors 82 sind in den Ablaufdiagrammen
in 6 und 7 dargestellt. Nachdem das Stromkabel
des Systems in eine herkömmliche
Steckdose eingesteckt wurde, betätigt
der Bediener den EIN/AUS-Schalter 60 auf der Bedienkonsole 20 und der
Strom wird einem Transformator 95 zugeführt, um die Netzspannung in
eine niedrigere Wechselspannung zu wandeln, die dann zu Gleichspannung gewandelt
wird, um den Mikroprozessor und andere Elemente der Steuerungsschaltung
zu speisen. Die Maschine könnte,
wie erwähnt,
batteriebetrieben sein, hätte
aber eine eingeschränkte
Nutzungsdauer, bevor sie neu geladen werden müsste.
-
Wenn
die Maschine ausgeschaltet wird, schließt der Mikroprozessor den Verschluss 29 über das
Stellglied 35 und hebt den UV-Applikator 11 mittels
dem Gestängestellglied 55 in
die Transportstellung an. Wie in Block 97 von 6 dargestellt,
wird der Mikroprozessor initialisiert, nachdem der Strom für die anschließende Nutzung
eingeschaltet wurde. In Block 99 schaltet der Mikroprozessor
die UV-Lampe 40 aus, indem er den Kontakt 106 öffnet, was
verhindert, dass das Relais 107 schließt und dadurch den Kontakt 108, 108 offen
hält, was
verhindert, dass der elektronischen Ballastschaltung 84 Strom
zugeführt
wird. Die Maschine ist nun bereit für die Modusauswahl durch den
Bediener (Block 100 in 6). Wenn
die Maschine aus der Lagerung genommen wurde, wird der Bediener
sie normalerweise an einen Anwendungsort bewegen wollen. Dazu kann
er sie in den Fahrmodus versetzen, indem er den Schalter 61 auf
der Bedienkonsole oder Tastatur 20 drückt. Der Mikroprozessor erfasst
dieses Signal (über
den Bus 83 in 5) und aktiviert die Motorfahrsteuerungsschaltung 86 für den Antriebsmotor 27,
um zu ermöglichen,
dass der Bediener die Maschine manuell entweder vorwärts oder
rückwärts fährt und
die Geschwindigkeit der Maschine über den Knopf 62 auf der
Bedienkonsole 20 manuell einstellen kann.
-
Wenn
der Bediener das System in den Fahrmodus versetzt, wie in Block 102 von 6 dargestellt,
entweder nachdem Strom angelegt wurde und der Mikroprozessor initialisiert
wurde oder nachdem einer der anderen vom Bediener wählbaren
Modi verwendet wurde, erfasst der Mikroprozessor den Zustand des
Richtungsstellgliedhebels 22 (in Elektroschemaform in 5 als
normalerweise offene Schalter VORWÄRTS und RÜCKWÄRTS 22A, 22B dargestellt)
und schickt ein Signal, um der Fahrsteuerungsschaltung 86 eine
Richtung anzugeben. Der Prozessor schickt außerdem Signale, um die Fahrgeschwindigkeit
des Antriebsmotors 27 gemäß der Einstellung des Geschwindigkeitsregelknopfs 62 durch den
Bediener zu regeln. Der Mikroprozessor erfasst die Position des
Regelungsknopfs 62 und generiert Geschwindigkeits- und
Richtungssignale und übermittelt
sie entlang der Leitung (Bus) 105 an die Fahrgeschwindigkeitssteuerung 86.
-
Typischerweise
wird der Bediener, nachdem ein gewünschter Anwendungsort erreicht
wurde, den Schalter 64 auf der Bedienkonsole drücken und
damit die Maschine aus dem Fahrmodus versetzen und bewirken, dass
der Mikroprozessor in den Bereitschaftsmodus wechselt, wie durch
Block 104 in 6 gezeigt. Im Bereitschaftsmodus
schaltet der Mikroprozessor die LED 65 auf der Bedienkonsole ein
und erzeugt ein Signal an die elektronische Ballastschaltung 84,
die UV-Lampe zu erregen (durch Schließen der Kontakte 106,
um das Relais 107 zu betätigen, das die Kontakte 108, 108 schließt). Die Ballastschaltung
betreibt die UV-Lampe wie oben beschrieben, bis das Plasma stabilisiert
ist und die Lampe betriebsbereit ist (d.h. der "Laufmodus"). Wenn der Laufmodus erreicht ist,
meldet der Ballast dem Mikroprozessor, der dann die Lampenleistung
reduziert und die Lampe im "Ruhezustand" bei 65% der vollen
Leistung hält,
um die Zeit zu reduzieren, die es danach dauert, um die Lampe auf
eine gewählte
Betriebsleistung zu bringen. Wenn der Ballast im Laufmodus läuft, während sich
die Maschine in ihrem Bereitschaftsmodus befindet (einschließlich dem
Ruhezustand mit 65% Leistung), schaltet der Mikroprozessor, da der
Verschluss geschlossen ist, den Ventilator 42 ein, um das
Gehäuse
des UV-Applikators zu kühlen,
um übermäßige Wärmebildung
zu verhindern. Wenn sich der Ballast im Startmodus befindet, wird die
LED 79 über
die Leitung 120 eingeschaltet, bis der Ballast in den Laufmodus
wechselt und die LED 78 über die Leitung 109 eingeschaltet
wird.
-
Bei
der elektronischen Ballastschaltung 84 handelt es sich
um einen kommerziell erhältlichen Festkörperballast,
der eine Zahl von Statusrelais 111 genannten Relais enthält, die
Strom vom Mikroprozessor (15 V Ausgabe) erhalten und die dem Mikroprozessor
den Status der UV-Lampe melden. So wird die UV-Lampe 40 gezündet und
kann sich durch einen Zyklus aufwärmen, in dem der Ballast die UV-Lampe
auf Betriebstemperatur erregt, wobei der Verschluss geschlossen
ist, um die Lampe in einer kürzeren
Zeit aufzuwärmen,
und dann wird die Leistung der UV-Lampe auf den Ruhezustand reduziert und
der Ventilator wird eingeschaltet.
-
Die
Maschine kann unbegrenzt im Maschinenbereitschaftsmodus bleiben
und darauf warten, dass der Bediener die Geschwindigkeitssteuerung 86 mittels
der oben beschriebenen handbetätigten Richtungsstellglieder 22 betätigt, um
die Maschinenrichtung und -geschwindigkeit zu steuern. Zusammenfassend
läuft die
Lampe im Maschinenbereitschaftsmodus mit ca. 65% ihrer normalen
Betriebsintensität
weiter, der Verschluss bleibt geschlossen und der Bediener kann
die Bewegung der Maschine ähnlich
wie im Fahrmodus steuern, die UV-Lampe befindet sich jedoch in einem
Ruhezustand der Betriebsbereitschaft, was die Aufwärmzeit für die Lampe
von ca. 100 Sekunden auf ungefähr
2 Sekunden reduziert.
-
Wenn
die Maschine in einen der Härtungsmodi
versetzt werden soll, drückt
der Bediener den Schalter 67 und versetzt dadurch die Maschine
in den Modus Härtung
I, der durch Block 106 in 6 dargestellt
ist. Der Modus Härtung
I ist der Betriebsmodus mit der höchsten Intensität oder dem
höchsten
Leistungspegel des ultravioletten Lichts (und entspricht daher der
höchsten
Fahrgeschwindigkeit). Der Mikroprozessor regelt die Fahrgeschwindigkeit der
Maschine in allen Härtungsmodi,
indem er entlang der Leitung 105 der Motorfahrgeschwindigkeitssteuerung 86 meldet.
Wenn der Bediener die Maschine im Modus Härtung II mit mittlerer UV-Intensität (z.B.
90%) betreiben möchte,
drückt
der Bediener den Schalter 67 ein zweites Mal, wie zuvor
erklärt. Wenn
der Bediener die Maschine im Modus Härtung III, dem Modus mit der
geringsten UV-Intensität (90%),
betreiben möchte,
drückt
der Bediener den Schalter 67 ein drittes Mal. Durch Drücken des
Schalters ein viertes Mal wird das System in den Modus Härtung I
zurück
versetzt, wie vom Mikroprozessor bestimmt.
-
Alle
Härtungsmodi
haben im Wesentlichen denselben Betriebsablauf, außer dass
die UV-Lampe in
jedem Härtungsmodus
mit einer anderen Intensität (Eingangsleistungspegel)
betrieben wird und mit diesem Leistungspegel jeweils eine vorherbestimmte Fahrgeschwindigkeit
für die
Maschine assoziiert ist, die im Mikroprozessor programmiert ist.
Wie nachfolgend offenbart, muss die Lampe nicht für jeden
Härtungsmodus
mit unterschiedlichen Leistungspegeln betrieben werden, insbesondere,
wenn das Dosierungsniveau für
verschiedene Härtungsniveaus
geändert
wird. Es gibt eine Reihe möglicher
UV-Betriebsintensitäten
mit entsprechenden Maschinengeschwindigkeiten (d.h. Fahrgeschwindigkeiten),
aber für
die illustrierte Ausführungsform
wurden die drei zuvor erwähnten
diskreten Niveaus von Intensität/Geschwindigkeit
gewählt.
Andere wählen
möglicherweise
nur ein Härtungsniveau
und eine Geschwindigkeit; andere wählen möglicherweise ein Härtungsniveau
und mehrere Geschwindigkeiten oder eine Kombination von Härtungsniveaus
und Geschwindigkeiten.
-
Der
genaue Betrieb jedes Härtungsmodus für die illustrierte
Ausführungsform
ist in 7 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
In jedem der Härtungsmodi
leuchtet eine entsprechende der LEDs 71, 73 oder 75,
um dem Bediener anzuzeigen, welcher Härtungsmodus gewählt wurde
und der Mikroprozessor 82 schickt ein Signal an die elektronische Ballastschaltung 84 (über Leitung 98),
um mit einem vorherbestimmten, programmierten Leistungspegel zu
laufen und ein vorherbestimmtes, programmiertes Fahrgeschwindigkeitssignal
wird entlang Leitung 105 an die Geschwindigkeitssteuerung 86 geschickt.
Der Leistungspegel des UV-Applikators und die Fahrgeschwindigkeit
der Maschine hängen
zusammen, um eine im Wesentlichen konstante Applikationsdosierung
der UV-Energie zu erhalten. Dieser Energiepegel wird weiter geregelt,
indem die Höhe
des Applikators unter der Steuerung des Prozessors verstellt wird.
Der Kühlventilator 42 ist
eingeschaltet, solange sich der Ballast im Laufmodus befindet und
der Verschluss offen ist.
-
Die
Fahrsteuerung 86 ist kommerziell erhältlich und nutzt herkömmliche
Pulsbreitenmodulationsschaltungen, um die Drehzahl des Antriebsmotors 27,
der ein Gleichstrommotor ist, zu steuern. Eine geeignete Geschwindigkeitssteuerung
ist von KB Electronics in Coral Springs, FL, erhältlich (Modell Nr. KBPB). Außerdem ist
eine elektronische Lampenballastschaltung, wie beschrieben; kommerziell
von Nicolet Technologies Corporation in Minneapolis, MN, unter der
Modellbezeichnung EBS erhältlich.
-
Wie
ebenfalls in 6 zu sehen, kann in jeden der
drei Härtungsmodi
aus dem Bereitschaftsmodus gewechselt werden oder bei Bedarf direkt
aus der Aus-Stellung oder im Anschluss an den Fahrmodus. Wenn aus
dem Bereitschaftsmodus in einen Härtungsmodus gewechselt wird,
läuft die
UV-Lampe bereits im Ruhezustand der Betriebsbereitschaft und der
UV-Applikator ist in die Gebrauchsposition abgesenkt. Wenn der Bediener
aus dem Fahrmodus in einen Härtungsmodus
wechselt, schaltet der Mikroprozessor die Maschine durch alle Schritte
für den
Betrieb im Bereitschaftsmodus (z.B. Ballaststart), wie oben beschrieben,
bevor in einen Härtungsmodus gewechselt
wird.
-
Wenn
der Bediener den Härtungsmodusschalter 67 drückt und
der UV-Applikator in den Ruhezustand (d.h. 65% der Höchstleistung)
versetzt wurde, muss der Bediener dann die Maschine mittels der
oben beschriebenen Richtungsstellglieder 22 in der Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung
betätigen.
Diese Tätigkeit
generiert ein Signal an den Mikroprozessor von den in 5 mit 22A, 22B bezeichneten VORWÄRTS-/RÜCKWÄRTS-Schaltern.
Der Mikroprozessor signalisiert dann dem Ballast, die Lampenintensität auf die
erwünschte,
im Computer für
Härtungsmodus
I programmierte Leistung zu bringen (ein entsprechender Prozentsatz
ist je nach Ausführung
für Härtungsmodi
II und III eingestellt). Wenn erstmals in jeden der Härtungsmodi
gewechselt wird, leuchtet eine LED oder andere Anzeigeleuchte – LED 71 (Härtungsmodus
I) oder LED 73 (Härtungsmodus II)
oder LED 75 (Härtungsmodus
III).
-
Der
Mikroprozessor stellt dann den Pegel der Lampenleistung gemäß dem gewählten Härtungsmodus
ein, indem er Signale entlang dem Lampensteuerungsbus 98 in 5 schickt,
um dadurch die UV-Lampe auf Betriebstemperatur zu bringen. Wenn das
System in einem Härtungsmodus
läuft,
wird die Höhe
des UV-Applikators überwacht
und geregelt, wie nachfolgend beschrieben wird, um sicherzustellen,
dass er in einem vorherbestimmten Abstandsbereich über dem
Boden positioniert ist.
-
Als
Nächstes öffnet der
Mikroprozessor den Verschluss und stellt die Fahrgeschwindigkeit
ein. Die Geschwindigkeitssteuerungsschaltung wird dann vom Mikroprozessor
betätigt,
um je nach gewähltem Härtungsmodus
mit der vorherbestimmten programmierten Geschwindigkeit zu laufen,
wie nun beschrieben wird. In 5 ist zu
sehen, dass die Fahrgeschwindigkeitssteuerung 86 ein Sperrrelais 116 enthält. Ein
Signal vom Mikroprozessor auf der Leitung 115 erregt die
Spule des Sperrrelais 116 und öffnet die Kontakte 116A.
Das verhindert, dass Strom durch die Fahrsteuerungsschaltung 86 an
das Getriebe des Motors 27 der Maschine angelegt wird,
bis der Mikroprozessor das "Sperrsignal" entfernt.
-
Im
ausführlicheren
Ablaufdiagramm von 7, das den Betrieb des Systems
in den verschiedenen Härtungsmodi
zeigt, wechselt der Mikroprozessor in Block 112 in einen
vom Bediener gewählten Härtungsmodus.
Der Prozessor stellt zuerst die Höhe des UV-Applikators ein, wie in Block 123 angedeutet und
ausführlicher
in Block 127–132 dargestellt.
Der UV-Applikator wurde von seinem zugehörigen Stellglied bereits in
die Gebrauchsposition abgesenkt, aber in einem Härtungsmodus wird die Höhe des UV-Applikators über dem
Boden eingestellt, so dass sich der Applikator in einem vorherbestimmten
Höhenbereich
befindet, bevor der Verschluss geöffnet wird und UV-Licht auf die Beschichtung
aufgebracht wird. Insbesondere wird die Höhe des UV-Applikators so eingestellt, dass sie
sich in einem vorherbestimmten Höhenbereich
mit einer oberen und einer unteren Grenze befindet. In der Praxis
kann dieser Bereich eine Frage der Ausführung sein und hängt von
den gewählten
Komponenten ab.
-
Die
Höheneinstellung,
wie in Block 123 angedeutet, erfolgt in der illustrierten
Ausführungsform unter
Verwendung von einem herkömmlichen
Ultraschallsensor, der an der UV-Applikatoreinheit angebracht ist,
wie bei 90 in 1–3 gezeigt.
Der Sensor 90 umfasst einen Sender, der unter der Steuerung
des Mikroprozessors ein Ultraschallsignal zur Bodenoberfläche schickt,
wie in Block 129 dargestellt. Der Ultraschallsensor enthält außerdem einen Empfänger, der
das reflektierte Ultraschallsignal vom Boden in Block 127 empfängt. Der
Mikroprozessor berechnet dann in Block 128 den Abstand
zum Boden und vergleicht das für
einen tatsächlichen
Abstand repräsentative
Signal mit entsprechenden, im Mikroprozessor gespeicherten Daten,
die für
eine obere Höhengrenze bzw.
eine untere Höhengrenze repräsentativ
sind.
-
In
Block 130 bestimmt der Mikroprozessor, ob sich der UV-Applikator
zu weit über
dem Boden befindet, indem er das vom Sensor 90 Computer [sic],
für die
Isthöhe
repräsentative
Signal mit dem gespeicherten Signal vergleicht, das für die obere Grenze
des erwünschten
Betriebsbereichs repräsentativ
ist. Wenn der Vergleich in Block 130 ergibt, dass der Applikator
zu hoch ist, senkt der Mikroprozessor den UV-Applikator über das
Stellglied 55 und das Gestänge 14 in Block 131 ab
und der Mikroprozessor durchläuft
erneut die Blöcke 129, 127, 128 und 130.
-
Diese
Sequenz dauert an, bis der Mikroprozessor feststellt, dass der UV-Applikator
unter der oberen Höhengrenze
ist und dann fährt
der Mikroprozessor in Block 132 damit fort, festzustellen,
ob sich der UV-Applikator zu nah am Boden befindet – d.h. unter
der unteren Grenze des erwünschten
Betriebsbereichs. Wenn festgestellt wird, dass der UV-Applikator zu tief
ist, hebt der Mikroprozessor den UV-Applikator mittels des Stellglieds 55 und
des Steuergestänges 14 an
und das System durchläuft
wieder die in 7 dargestellte Schleife. Wenn
in Block 132 schließlich
festgestellt wird, dass sich der UV-Applikator im erwünschten Betriebsbereich befindet,
fährt das
System mit Block 117 fort.
-
In
Block 117 wird ermittelt, ob der Bediener das Vorwärts- oder
das Rückwärts-Richtungsstellglied 22 betätigt hat,
um anzuzeigen, ob der Bediener möchte,
dass sich die Maschine in Vorwärts-
oder in Rückwärtsrichtung
bewegt. Der Mikroprozessor ermittelt die Richtung des erwünschten
Betriebs aus den Zuständen
der Schalter 22A, 22B und meldet die Richtung,
zusammen mit Signalen, die die erwünschte Geschwindigkeit angeben,
der Fahrsteuerungsschaltung.
-
Der
Mikroprozessor erhöht
dann die Lampenintensität
auf den Betriebspegel und meldet die Geschwindigkeitssteuersignale,
einschließlich
Richtung und Geschwindigkeit, entlang dem Geschwindigkeitsdatenbus 105 an
die Fahrgeschwindigkeits-Steuerungsschaltung 86.
-
Das
System ist dann betriebsbereit und der Mikroprozessor öffnet dann
in Block 124 den Verschluss und gibt das Sperrrelais 116 in
Block 125 frei, um dadurch Strom an die Fahrsteuerungsschaltung 86 zuzuführen, um
den Antriebsmotor 27 über
die normalerweise geschlossenen Kontakte 116A, 116A mit
der vom Mikroprozessor bestimmten Drehzahl und in der vom Bediener
gewählten
Richtung zu erregen.
-
Der
Betrieb fährt
im gewählten
Härtungsmodus
fort, bis der Bediener das Richtungsstellglied 22, das
er geschlossen hatte, loslässt.
Das heißt,
solange das Richtungsstellglied geschlossen oder betätigt bleibt
(was erfordert, dass es vom Bediener gedrückt wird), fährt die
Maschine mit der vorherbestimmten, vom Prozessor eingestellten Geschwindigkeit über den
Boden. Wenn der Bediener die Maschine anhalten möchte, lässt er das Richtungsstellglied 22,
das er geschlossen gehalten hat, los und in Block 135 von 7 stellt
der Prozessor fest, dass der Richtungsschalter (22A, 22B)
offen ist und hält
in Block 136 die Maschine an, indem er das Sperrrelais 116 betätigt, die
Lampenintensität
auf den Ruhezustand reduziert und den Verschluss schließt. Der
Bediener hat dann, wie in Block 100 in 6 dargestellt,
die Option einen beliebigen anderen Modus zu wählen, einschließlich Bereitschaft
(in welchem Fall nicht wieder durch den Ballaststart geschaltet
werden muss und der Ballast so dem Mikroprozessor meldet).
-
In
der illustrierten Ausführungsform
wählt der Bediener
einen Härtungsmodus,
wodurch ein Leistungspegel und eine Fahrgeschwindigkeit gewählt werden,
da die Gesamtdosierung der UV-Strahlung im Wesentlichen konstant
ist (mit zunehmendem Leistungspegel der Lampe nimmt auch die Fahrgeschwindigkeit
zu). Dies ist nicht immer notwendig. Es kann für manche Anwendungen erwünscht sein, dass
jeder Härtungsmodus
eine andere Härtungsdosierung
hat. In einem solchen Fall kann der Lampenleistungspegel für verschiedene
Härtungsmodi
konstant sein und die Fahrgeschwindigkeit kann geändert werden.
Dies wird einfach erreicht, da sowohl Leistungspegel- als auch Geschwindigkeitsdaten
im Mikroprozessor gespeichert sind. Alternativ könnte der Mikroprozessor so
programmiert werden, dass der Bediener eine Geschwindigkeit wählt und
der Mikroprozessor einen entsprechenden Leistungspegel für die Lampe
ermittelt, entweder für
eine konstante aufgebrachte Dosierung oder eine abgeänderte Dosierung.
Man wird einsehen, dass manche Härtungsmodi
die gleiche Dosierung haben können,
während andere
in der gleichen Maschine abgeänderte
Dosierungen haben können,
indem entweder der Lampenleistungspegel oder die Fahrgeschwindigkeit
oder beides verändert
wird.
-
Handapplikator
-
In
manchen Anwendungen besteht ein Wunsch, einen kleineren handgehaltenen
UV-Applikator zu
haben, der größere Manövrierfähigkeit
bietet, als der zuvor beschriebene, größere Applikator. In vielen
Fällen,
beispielsweise in großen
Lebensmittelläden
oder Großhandlungen
wird es erwünscht sein,
sowohl das kleinere, handgehaltene System, als auch das größere, automatisiertere
System zu haben. Ein kleinerer, handgehaltener UV-Applikator hat zwei
Vorteile. Der erste Vorteil besteht darin, dass er manövrierfähiger ist,
um das Härten
des aufgetragenen lichthärtenden
Materials bis an den Rand einer senkrechten Wand zu erleichtern.
Die größere Maschine,
die automatisch angetrieben wird und gelenkt werden muss, hat aufgrund
ihrer Größe und ihres
Volumens größere Schwierigkeiten,
die Randregionen eines Raums mit Wänden zu erreichen. Bediener
mit weniger Erfahrung werden möglicherweise
bessere Ergebnisse erreichen, wenn sie die größere, automatische Maschine
und den handgehaltenen, tragbareren Applikator haben.
-
Ein
zweiter Vorteil des kleineren, handgehaltenen UV-Applikators besteht
darin, dass er unter Überhänge platziert
werden kann, wie beispielsweise die Kanten von Gestellen oder Regalen,
wie sie in Lebensmittelgeschäften
und in großen
Großhandlungen
zu finden sind. Es ist unpraktisch für die größere Maschine, die in 1 gezeigt
ist, unter diesen Überhängen zu
härten.
Andererseits wird es für
wünschenswert
gehalten, dass der handgehaltene Applikator in die Hauptvorrichtung
eingesteckt werden kann, um diese kleinen Arbeiten oder Ecken oder Ausbesserungsarbeiten
oder kleinen Bereiche auszuführen,
zu denen der Zugang schwierig ist.
-
In 9 ist
die größere Maschine,
die selbsttragend ist und in den Härtungsmodi automatisch angetrieben
wird, wieder mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Hauptmaschine 10 ist
mittels eines elektrischen Kabels 141 mit einem kleineren,
handgehaltenen Applikator 140 verbunden. Die handgehaltene
Maschine kann Stützräder 142 umfassen, obwohl
die handgehaltene Maschine gleich gut ohne Stützräder funktionieren würde. Trotzdem
umfasst der handgehaltene Applikator einen Rahmen 143 mit einer
Stützverlängerung 144 und
einem Griff 145, den der Bediener in einer Hand halten
kann. Eine Auslöserverlängerung 146 verbindet
eine mechanische Einziehleine 147 mit einer Vorrichtung 148 zum Betätigen des
Verschlusses 149. Wenn der Auslöser 146 vom Bediener
betätigt
wird, bewegt die Vorrichtung 148, die den zuvor beschriebenen
gabelförmigen
Zahnstangen und Zahnrädern ähnlich sein
kann, die zwei, den Verschluss 149 umfassenden Verschlussbleche
nach oben, so dass die Verschlussbleche einen nach unten weisenden
Reflektor für
die UV-Lampe 150 bilden.
-
Im
Schemadiagramm von 8 ist die kleinere UV-Applikatorlampe
schematisch dargestellt und mit 150 bezeichnet. Sie wird
von einem Zünder 151 erregt,
der dann seinerseits von einem tragbaren, kommerziell von der Advance
Transformer Company erhältlichen
Lampenballasttransformator 152 und einem Kondensator 154 gespeist
wird.
-
Eine
Primärwicklung
des Transformators 152 ist zwischen der Systemsammelleitung 160,
wie in 8 zu sehen, und einem festen Kontakt eines Verriegelungsschalters 161 angeschlossen.
Der andere feste Kontakt des Verriegelungsschalters 161 ist
mittels einer Leitung 162 mit der Stromeingangsleitung verbunden.
In der illustrierten Ausführungsform
beträgt
die Eingangsspannung 120 V.
-
Wenn
der handgehaltene Applikator nicht in Gebrauch ist, befindet sich
der Verriegelungsschalter 161 in der in 8 gezeigten
Position, so dass der Eingangsstrom direkt mit dem Eingang der Kontakte 106 (5)
gekoppelt ist. Wenn der Verriegelungsschalter in der handgehaltenen
Einheit betätigt
wird, unterbricht der bewegliche Kontakt die Stromleitung 162 und
liefert eine Stromverbindung an den tragbaren Lampentransformator 152,
während
der Strom zu den Relaiskontakten 106 unterbrochen wird,
was das Relais 107 sperren und verhindern wird, dass die Kontakte 108 schließen, so
dass die Ballastschaltung 84 deaktiviert wird.
-
Dieses
System der elektrischen Verbindung und das ausschließliche Schalten
lassen die Verwendung des maximalen Leitungsstroms durch herkömmliche
Steckdosen zu, wenn die größere Maschine 10 in
Gebrauch ist und stellt sicher, dass kein gleichzeitiger Stromverbrauch
durch die handgehaltene Einheit stattfindet. Die gleichzeitige Stromzufuhr an
beide Einheiten könnte
zu wiederholter Stromunterbrechung führen, insbesondere wenn der
Stromverbrauch der Hauptmaschine 10 derart ist, dass er nah
am Höchstwert
ist. Um maximale Effizienz zu erreichen, ist es erwünscht, dass
der Stromverbrauch der Hauptmaschine nah am Höchstwert für normale elektrische Leitungen
ist.
-
Nachdem
nun eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ausführlich
offenbart ist, wird der Fachmann in der Lage sein, bei weiterer
Anwendung des Grundsatzes der Erfindung, gewisse Elemente des Aufbaus,
der illustriert wurde, abzuändern
und die offenbarten Elemente durch gleichwertige zu ersetzen, und
es ist daher beabsichtigt, dass alle solche Abwandlungen und Ersetzungen
abgedeckt sind, da sie im Geist und Umfang der angehängten Patentansprüche enthalten
sind.