DE7911339U1 - Elektrostatische Spritzvorrichtung - Google Patents

Description

TENTAN-WÄLTE DiPL.-Istg:H^fJ(TEjIdl^MÄNN**PjPi..-PHYS. Dr. K. FlNCKE

Dipl.-In'g. F."A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr. Ing. H. Liska

LAJD 8000 MÜNCHEN 86, DEN 9. $θρ. 1983

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Ernst Roederstein

Spezialfabrik für Kondensatoren GmbH

Ludmillastraße 23/25

83oo Landshut/Bayem

Elektrostatische Spritzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrostatische Spritzvorrichtung, mit einem an einen elektrostatischen Spritzkopf angeschlossenen Hochspannungsgenerator und einer den Aus gangs strom und/oder die Ausgangsspannung des Hochspannungsgenerators steuernden Steuerschaltung.

Bei derartigen elektrostatischen Spritzvorrichtunger wird die Farbe bzw. das Beschichtungsmaterx&l durch Druckluft oder hydraulischen Druck über eiue Düse versprüht und mittels einer an den Hochspannungsgenerator angeschlossenen Elektrode des Spritzkopfs elektrostatisch aufgeladen, so daß es in sehr feine Tröpfchen zerteilt wird. Die Tröpfchen sind geladen und werden durch das elektrische Feld zwischen der Elektrode des Spritzkopfs und dem zu lackierenden Gegenstand sehr gleichmäßig über den Gegenstand verteilt. Die Lack- bzw. Beschichtungsmaterialverluste sind sehr gering, da sich die Tröpfchen nur an dem geerdeten Gegenstand niederschlagen, nicht

aber an ungeerdeten Gegenständen der Nachbarschaft. I

Die Feldverteilung ändert sich mit dem Abstand des f'

Spritzkopfs von dem Gegenstand. Ist der Abstand zu

klein, so kann es zu einem Lichtbogen zwischen dem j

Spritzkopf und dem Gegenstand kommen, der das meist brennbare Spritzmittel entzünden kann. Aus der DE-OS 19 63 812 ist eine elektrostatische Spritzvor- ^!

richtung bekannt, bei der an den Ausgang des Hochspannungsgenerators eine KurzSchlußeinrichtung angeschlossen ist, die den Hochspannungsgenerator kurzschließt, wenn der von dem Hochspannungsgenerator , abgegeDene Strom über einen kritischen Schwellwert an- '■ steigt oder die Spannung am Spritzkopf unter einen kritischen Schwellwert absinkt oder die Änderungsgeschwindigkeit der Hochspannung über einen kritischen

Schwellwert anwächst. Die Kurzschlußeinrichtung wird I

von einer Meß- und Steuerschaltung gesteuert, die an die Hochspannungsseite des Hochspannungsgenerators angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung ermöglicht ~

allerdings nur ein Notabschalten der Spritzvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie bei einer elektrostatischen Spritzvorrichtung der Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsspannung nicht nur exakt voreinstellbar, sondern auch so rasch geregelt werden kann, daß die Regelung die Funktion der Notab- |

i schaltung mitübernimmt. 8

, daß der Hochspannungsgenerator einenji&eh^elspannungsgenerator mit durch die Steus^st5h"altung regelbarer Ausgangsamplitude^odsr^iegelbareia Kalbwellenverhältnis der AuscjaagSspannung sowie eine mehrstufige, dem Wech--·

-7-1 Diese Aufgabe wird mit der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

Der Ferritkern hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, da die Wechselspannungsgeneratoren mit hoher 5 Frequenz arbeiten.

20 25 30

! 35

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sceuert. Im einfachsten Fa llkaun-es-SlcH" bei dem Rechtecks ignalgenera±XH=Hrferbei um einen Multivibrator ■erche

sorbit dio vorstohsnd orläutorto Stoucr

schaltung für ausreichende Sicherheit beim Not^ßschalten. Um auch bei Defekt von Bauteilen der Spritzvorrichtung, die die Funktion der Steuerschaltung beeinträchtigen, eine sichere Notabschaltung zu erreichen, kann vorgesehen sein, daß der Wechselspannungsgenerator mittels eines elektronischen/Schalters abschaltbar ist, wobei an den Stromfühleryiderstand eine Abschaltsteuerung für den Schalter/angeschlossen ist. Bei dem elektronischen Schalter/Icann es sich um einen Thyristor handeln, der den Ausgang des Wechselspannungsgenerators oder auch dessen Betriebsspannung kurzschließt. Die Abschaltsteueruii^Jcann auf die Amplitude des Stroms ansprechen und/nierzu eine Stufe mit Schwellwertverhalten aufweisend Als günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die A£>5chaltsteuerung eine Differenzierstufe aufweist, die/den Schalter abhängig von der zeitlichen Änderung .

■ die Ausgangsspannung der Kaskade vorhanden sisrtiV so sind diese bevorzugt über Trennverstärker ap^den Stromfühlerwiderstand bzw. den vorstehend er<tä/uterten Potentialpunkt zwischen den Stufen der Kaj33Cade angeschlossen. Die Anzeigeinstrumente sinfiKcfamit lediglich niederspannungsseitig mit dejvKaskade verbunden und zudem mittels der Trennvej^siiarker vom Potential der Hochspannungskaskade . "· »"· -RI §θ$ίΠΧΠ6Π

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

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Pig. 1 ein Blockschaltbild einer elektrostatischen Spritzvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm mit einer Spannung-Strom-Kennlinie

der Spritzvorrichtung;

Fig. 3 eine Steuerschaltung zur Erzielung einer linear abfallenden Spannung-Strom-Kennlinie;

Fig. 4 eine Differenzierstufe für eine Abschaltsteuerung der Spritzvorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein Schaltbild einer Hochspannungskaskade für die Spritzvorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Spritzvorrichtung umfaßt einen mit 1 bezeichneten Spritzkopf mit einer Düse 3, die das über eine Leitung 5 zugeführte Spritzmittel unter Druck zerstäubt. Eine unter Hochspannung stehende Elektrode 7 lädt den entstehenden Spritzmittelnebel auf und baut zwischen dem Spritzkopf 1 und dem zu beschichtenden, geerdeten Gegenstand ein elektrisches Feld auf, welches die geladenen Nebelteilchen an den Gegenstand zieht. Die Gleichhochspannung wird in einer Gleichrichter-Spannungs-Vervielfacherkaskade 9 erzeugt, die ausgangsseitig an die Elektrode 7 und eingangsseitig an eine Sekundärwicklung 11 eines Hochspannungs trans forma tors 13 angeschlossen lijt. Das andere Ende der Sekundärwicklung 11 ist über einen Stromfühlerwiderstand 15 an Masse angeschlossen und damit' ebenfalls geerdet. Die mit 17 bezeichnete Primärwicklung des Transformators 13 ist einerseits über einen Leistungstransistor 19 mit Masse und andererseits mit einer Gleichspaimungsquelle 21 verbunden. Der Leistungstransistor wird von einem Rechtecksignalgenerator 23 gesteuert, dessen Rechteckamplitude von der aus einem steuerbaren Netzgerät 25 zugeführten Betriebsgleichspannung abhängig ist. Durch Ändern der Betriebsspannung des Netzgeräts" 25 kann die Amplitude von Strcm und Spannung der Primärwiclung 17 und damit auch der Sekundärwicklung 11 gesteuert werden. Der Transformator 13 formt das Rechtecksignal in ein Sinuswchselsignal um.

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Der Stromfühlerwiderstand 15 liegt im Eingangstroinkreis der Kaskade 9. Die am Stromfühlerwiderstand 15 abfeilende Spannung ist proportional dem Eingangsstrom und damit dem Ausgangsstrom der Kaskade 9. Die Kaskade 9 weist mehrere hintereinander geschaltete Spannungsvervielfacherstufen 27 auf, die die Ausgangsspannung des Transformators 13 auf den für den Betrieb des Spritzkopfs 1 erforderlichen Wert vervielfachen. Zwischen der ersten und der zweiten Vervielfacherstufe 27 ist ein Spannungsfühlerwiderstand 29 angeschlossen, dessen anderes Ende mit Masse'verbunden ist. Der Spannungsfühlerwiderstand 29 liefert ein dem Ausgangspotential der ersten Vervielfacherstufe 27 proportionales Spannungssignal, welches zugleich auch proportional der Ausgangsspannung der Kaskade 9 ist. Die Spannungssignale der Fühlerwiderstände 15 und 29 werden einer Steuerschaltung 31 zugeführt, die ihrerseits die Ausgangsspannung des Netzgeräts 25 steuert. Der Spannungsfühlerwiderstand 29 ist hierzu mit einer Spannungsregelschaltung 33 verbunden, die für sich allein die Spannung an dem Potentialpunkt 35 und damit die Ausgangsspannung der Kaskade 9 auf einen vorbestimmten Wert konstant hält. In der Spannung-Strom-Kennlinie der Fig. ist dieser Wert bei XJ _Q eingezeichnet, über ein nicht näher dargestelltes Einstellglied kann der Wert der Spannung U_Q am Ausgang der Kaskade 9 eingestellt werden. Der Stromfühlerwiderstand 15 ist über eine Schwellwertstufe 37 an eine Stromregelschaltung 39 angeschlossen. Das Ausgangssignal der Stromregelschaltung 39 wird in einer Summacionsstufe 41 dem Ausgangssignal der Spannungsregelschaltung 33 überlagert und steuert gemeinsam das Netzgerät 25. Die Stromregelschaltung 39 wird erst oberhalb eines durch die Schwellwertstufe 37 festgelegten Stromwert zur Regelung freigegeben, wobei sie dann die Spannungsregelschaltung 33 übersteuert. Der durch die Schwellwertstufe 37 festgelegte Wert des Ausgangsstroms der Kaskade 9 ist in Fig. 2 bei I_Q einge-

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zeichnet. Bei Erreichen des Werts I₀ wird der Ausgangsstrom der Kaskade unabhängig von der Ausgangsspannung konstant gehalten.

Der Rechtecksignalgenerator 23 arbeitet bei einer Fr equenz zwischen etwa 5 und 5o KHz, vorzugsweise bei etwa 2o KHz. Der Transformator 13 kann, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, durch einen beispielsweise der Primärwicklung 17 parallel geschalteten Kondensator 43 als Resonanztransformator ausgebildet sein, so daß sich aufgrund der Resonanzüberhöhung eine höhere Ausgangsspannung der Kaskade 9 ergibt. Der Transformator 13 kann einen Ferritkern aufweisen; seine Abmessungen sind aufgrund der hohen Betriebsfrequenz relativ klein. Der Stromfühlerwiderstand 25 und der Spannungsfühlerwiderstand 29 sind an Stellen mit geringer Spannung angeschlossen; sie liefern trotzdem dem Ausgangsstrom bzw. der Ausgangsspannung der Kaskade 9 proportionale Signale und ermöglichen eine rasche Regelung, die auch bei normalem Betrieb eine Notabschaltung ermöglicht.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme kann ein Thyristor 45 vorgesehen sein, der die Ausgangsspannung des Rechtecksignalgenerators oder dessen Betriebsspannung nach Masse kurzschließt, wenn die Spannung an dem Stromfühlerwiderstand 15 über einen durch die Zündspannung det.

Thyristors 45 vorgegebenen Wert hinaus ansteigt. Um diesen Schwellwert einstellen zu können, ist die Zündelektrode an den Abgriff eines dem Stromfühlerwiderstand 15 parallel geschalteten Potentiometers 47 angeschlossen. Die Spannung an der Zündelektrode des Thyristors 4 5 bestimmt den maximal zulässigen Ausgangsstrom der Kaskade 9, der in Fig. 2 strichpunktiert bei I__„ eingezeichnet

max

ist. Als Weitere Sicherheitsmaßnahme kann eine Differenzierstufe 49 vorgesehen sein, welcher eingangsseitig

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die Spannung am Stromfühlerwiderstand 15 zugeführt wird. Die Differenzierstufe 49 ist ausgangsseitig ebenfalls mit der Zündelektrode des Thyristors 45 verbunden; sie zündet den Thyristor- 45, wenn die zeitliche Änderung der Spannung am Stromfühlerwiderstand 15 und damit die zeitliche Änderung des Eingangsstroms der Kaskade 9 über dem durch die Zündspannung des Thyristors 45 bestimmten Wert liegt.

Die dem Eingangsstrom und damit auch dem Ausgangsstrom der Kaskade 9 proportionale Spannung an dem Stromfühlerwiderstand 15 wird über einen Trennverstärker 51 einem Stromanzeigeinstrument 53 zugeführt, welches damit den Ausgangsstrom der Kaskade 9 anzeigt. Ein die Ausgangsspannung der Kaskade 9 anzeigendes Instrument 55 ist über einen weiteren Trennverstärker 57 an den Spannungsiühlerwiderstand 29 angeschlossen. Die Trennverstärker 51 und 57 halten die Instrumente 53 und 55 vom Potential der Kaskade 9 isoliert.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Steuerschaltung, die an die Stelle der Steuerschaltung 31 in Fig. 1 treten kann. Während mit Hilfe der Steuerschaltung 31 eine im wesentlichen rechteckförmige Kennlinie von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom der Kaskade 9 erreicht werden kann, wird mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Steuerschaltung eine linear zwischen der mit tU bezeichneten Leerlauf spannung und dem mit I_Q be-zeichneten Kurzschlußstrom abfallende Kennlinie erreicht. Die linear abfallende Kennlinie ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Die Steuerschaltung weist zwei in Serie geschaltete Differenzverstärker 61 und 63 auf, von denen der Differenzverstärker 61 als Summationsverstärker geschaltet ist Und zwei seinem invertierenden Eingang zugeführte Signale summiert. Bei dem einen

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Signal handelt es sich um eine Bezugsspannung, die über ein Einstellglied 65 zugeführt wird und die Leerlaufspannung Uq festlegt. Das andere Signal ist der Spannung am Stromfühlerwiderstand 15 (Fig. 1) proportional, wobei ein Einstellglied 67 den Proportionalitätsfaktor und damit den KurζSchlußstrom I bestimmt. Der Differenzverstärker 63 bildet die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des an seinen invertierenden Eingang angeschlossenen Differenzverstärkers 61 und der am nicht invertierenden Eingang vuu^eführten Spannung des Spannungsfühlerwiderstands 29. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 63 steuert das Netzgerät 25 (Fig. 1).

Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für die Differenzierstufe 49 in Fig. 1. Die Spannung an dem Stromfühlerwiderstand 15 wird über einen Serienkondensator 71 und einen Serienwiderstand 73 dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 75 zugeführt. Der Serienkondensator 71 und der Serienwiderstand 73 sind Bestandteil eines Differenzierglieds, dessen Querzweig aus einem Einstellwiderstand 77 mit parallel geschaltetem Kondensator 79 besteht. Der Querzweig des Differenzierglieds führt vom nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 75 zum negativen Pol einer Vorspannungsquelle. Der nicht invertieren»3 Eingang ist darüberhinaus über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 81 und einen Widerstand 83 mit dem positiven Pol einer Vorspannungsquelle verbunden. Der Widerstand 83 bildet den Strombegrenzungswiderstand einer weiteren, in Durchlaßrichtung gepolten Diode 85, die zu dem negativen Pol der Vorspannungsquelle führt. Der invertierende Eingang des D.ifferenzverstärkers 75 ist an den Verbindungspunkt zweier in Serie zwischen den positiven und den negativen Pol der Vorspannungsquelle geschalteter Widerstände 87, 89 angeschlossen, die eine

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Bezugsspannung an den invertierenden Eingang legen. Der Ausgang des Differenz Verstärkers 75 ist über einen jf

Widerstand 91 mit dem positiven Pol der Vorspannungsquelle und über eine Schaltdiode 93 mit der Zündelektrode des Thyristors 45 verbunden.

Fig. 5 zeigt die Schaltung einer herkömmlichen Ccckraft- ;

Walton-Diodenspannungsvervielfacherschaltung. Bei Vex- f Wendung dieser Schaltung in der Spritzvorrichtung nach

Fig. 1 wird die Sekundärwicklung 11 des Transformators 13 ■*'

bei 95 angeschlossen. Der Spannungsfühlerwiderstand 29 j

ist an den Verbindungspunkt der an den Eingang 95 ange- ρ

schlossenen Diode 99 mit der in Vervielfacherrichtung ■ nächstfolgenden Diode 1o1 angeschlossen.

Die in der Kaskade nach Fig. 5 benutzten Kondensatoren |

P sind bei der relativ hohen Frequenz der Spritzvorrich- |:- tung nach Fig. 1 klein und haben beispielsweise Kapazitätswerte in der Größenordnung 1o nF. i

Claims (1)

1. 30

   35

   B Λ a I if*·**»

   -2-

   Schutzanspruch

   l Elektrostatische Spritzvorrichtung, mit einein an einen

   I 5 elektrostatischen Spritzkopf angeschlossenen Hochspan-

   'j nungsgenerator und einer den Ausgangs strom und/oder

   ■ die Ausgangsspannung des Hochspannungsgenerators steuern-

   I den Steuerschaltung, bei der der Hochspannungsgenerator

   P einen Wechselspannungsgenerator (13, 19, 23, 25) mit

   I 10 durch die Steuerschaltung (31; 61-67) regelbarer Aus-

   *■ gaiigsamplitude oder regelbarem Halbwellenverhältnis

   f der Ausgangsspannung sowie eine mehrstufige, dem Wechsel-

   I spannungsgenerator (13, 19, 23, 25) nachgeschaltete

   I Gleichrichter-Spannungsvervieifacherkaskade (9) auf-

   \ 15 weist, bei der die Steuerschaltung (31; 61-67) zur

   I Steuerung des AusgangsStroms des Hochspannungsgenerators

   i an einen vom Eingangsstrom der Kaskade (9) durchflosse-

   I nen Stromfühlurwiderstand (15) und/oder zur Steuerung

   I der AusgangcsF?nnung der Kaskade (9) an einen Poten-

   I 20 tialpunkt (35) zwischen zwei Stufen (27) der Kaskade

   I (9) angeschlossen ist, bei der der Wechselspannungsge-

   ij nerator (13, 19, 23, 25) einen Rechtecksignalgeneiator

   1 (2 3) aufweist,an dessen Ausgang ein Hochspannungstrans-

   I formator (13) angeschlossen ist,und bei der der Strom-

   I 25 fühlerwiderstand (15) zwischen der Sekundärwicklung

   I (11) des Transformators (13) und Masse angeschlossen ist,

   jj dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (13) einen

   I Ferritkern hat.