DE954808C

DE954808C - Protective device against arcing for systems for electrostatic precipitation of suspended particles

Info

Publication number: DE954808C
Application number: DES21725A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Deuser; Dr-Ing Robert Strigel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-02-03
Filing date: 1951-02-03
Publication date: 1956-12-20

Description

Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenüberschläge für Anlagen zum elektrostatischen Niederschlagen von Schwebeteilchen In Anlagen zum elektrostatischen Niederschlagen von Schwebeteilchen, wie z. B. Anlagen zur elektrostatischen Oberflächenbehandlung (beispielsweise Lackieren) und Elektrofiltern, wird bekanntlich mit Gleichstrom-Hochspannungsfeldern gearbeitet. Im Betrieb sollen elektrische Überschläge oder andere Störungen unbedingt vermieden werden, da hierdurch nicht nur beispielsweise die Güte einer Lackoberfläche beeinträchtigt werden kann, sondern unter Umständen diese auch zur Entzündung- etwaiger explosibler Stoffe, wie z. B. Lösungsmittel, führen können. Man war deshalb schon seit längerem bemüht, Schutzeinrichtungen zu schaffen, durch die solche Gefahren, wenn nicht vermieden so doch vermindert werden. Bisher bekanntgewordene Vorschläge solcher Schutzeinrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der Überstromauslösung. Bei ihnen werden Stromänderungen, die sich im Hochspannungskreis ausbilden, zur Steuerung Strom- und spannungsabhängiger Relais benutzt, um die Anlage rasch abzuschalten. So ist beispielsweise eine Anlage bekanntgeworden, bei der mit Hilfe einer gittergesteuerten Entladungsröhre ein Schalter zur Abschaltung der Sprühelektrode betätigt wird, sobald der Strom, der zu den Werkstücken geht, einen bestimmten Wert überschreitet. Bei einer anderen bekannten Anordnung ist für die Hochspannungseinrichtung ein Steuergerät vorgesehen, das in Abhängigkeit von Änderungen des Stromes in dem elektrostatischen Feld betätigt wird, so daß die Hochspannungszuführung 'ausfällt, wenn der Strom aus irgendeinem Grunde einen gefährlichen Wert annimmt. Derartige Anordnungen können insbesondere bei einer raschen Annäherung an die Hochspannungsteile eine rechtzeitige Abschaltung der Hochspannung nicht sicherstellen, während außerdem unter Umständen Schwankungen des Stromes, die an sich noch keine Abschaltung bedingen, eine solche zur Folge haben, die eine unerwünschte Betriebsstörung darstellt.Protection device against arcing for systems for electrostatic Precipitation of suspended particles In systems for electrostatic precipitation suspended particles, such as B. Systems for electrostatic surface treatment (for example painting) and electrostatic precipitators, is known to be with direct current high voltage fields worked. Electrical flashovers or other malfunctions should definitely be used during operation can be avoided, as this not only improves the quality of a paint surface, for example can be impaired, but under certain circumstances this also leads to inflammation - any explosive substances, such as B. solvents, can lead. One was therefore already endeavored for a long time to create protective devices through which such dangers, if not avoided, they can be reduced. Proposals that have become known so far Such protective devices work on the principle of overcurrent tripping. at current changes that develop in the high-voltage circuit are used to control them Current and voltage dependent relays are used to switch off the system quickly. For example, a system has become known in which, with the help of a grid-controlled Discharge tube a switch to switch off the spray electrode is actuated as soon as the current that goes to the workpieces exceeds a certain value. at Another known arrangement is a control device for the high-voltage device provided that depending on changes in the current in the electrostatic Field is actuated so that the high voltage supply fails when the current becomes dangerous for any reason. Such arrangements can timely, especially if the high-voltage parts are approached quickly Do not ensure shutdown of the high voltage while also under certain circumstances Fluctuations in the current that do not in themselves require a shutdown, such a thing result, which represents an undesirable malfunction.

Nach der Erfindung kann eine Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenüberschläge bei derartigen Anlagen durch Sperrung des Betriebsstromes vor dem Zustandekommen eines Überschlages dadurch verbessert werden, daß die Sperrung in Abhängigkeit von den Änderungen des Feldpotentials zwischen den Arbeitselektroden (Sprühelektrode und Niederschlagselektrode) erfolgt. Auf diese Weise wird die Möglichkeit gegeben, einen sich etwa zwischen den Sprüh- und Niederschlagselektroden ausbildenden Entladungskanal früher als bisher festzustellen, wodurch die Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtung erheblich gesteigert wird.According to the invention, a protective device against arcing in such systems by blocking the operating current before it comes into being a rollover can be improved in that the blocking is dependent on the changes in the field potential between the working electrodes (spray electrode and collecting electrode). In this way the possibility is given a discharge channel that forms between the spray and precipitation electrodes determine earlier than before, thereby increasing the reliability of the protective device is increased significantly.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is explained below using exemplary embodiments.

In Fig. i ist i die Niederschlagselektrode, beispielsweise das Werkstück in einer Einrichtung zum elektrostatischen Lackieren. 2, 3 sind Sprühelektroden. Zwischen ihnen und der Niederschlagselektrode i besteht das Gleichstrom-Hochspannungsfeld, das zum Niederschlagen der Schwebeteilchen, hier beispielsweise fein vernebelter Lackteilchen, auf dem Werkstück dient. In dem Raum zwischen den Elektroden i einerseits und 2, 3 andererseits befindet sich mindestens- eine Sonde 4, die über eine isolierte Zuleitung 5, einen Kondensator 6 und ein Potentiometer 7 an das Gitter einer Hochvakuumröhre 8 gelegt ist.In Fig. I i is the collecting electrode, for example the workpiece in a device for electrostatic painting. 2, 3 are spray electrodes. Between them and the collecting electrode i there is the direct current high voltage field, that to precipitate the suspended particles, here for example finely atomized Paint particles, is used on the workpiece. In the space between the electrodes i on the one hand and 2, 3 on the other hand there is at least one probe 4, which has an isolated Feed line 5, a capacitor 6 and a potentiometer 7 to the grid of a high vacuum tube 8 is laid.

Über ein Schütz io und einen Spannungskonstanthalter i i liegt ein Hochspannungswandler 12 am Netz 13. Der Spannungskonstanthalter soll die Anlage von Schwankungen der Netzspannung befreien, damit störende Einflüsse infolge Änderung der an den Elektroden i bis 3 liegenden Spannung von vornherein ausgeschlossen sind. Ein Gleichrichter 14, beispielsweise Trockengleichrichter, dient zur Bereitstellung der erforderlichen Gleichstrom-Hochspannung. Der positive Pol der Gleichrichteranordnung liegt, ebenso wie . die Niederschlagselektrode z, an Erde. Ein Instrument 15 dient zum Anzeigen des Betriebsstromes. Der negative Pol der Gleichrichteranordnung 14 ist über einen Vorwiderstand 16 und eine Hochvakuumröhre 17 mit den Sprühelektroden 2, 3 verbunden. Damit ist der Betriebsstromkreis geschlossen.A contactor io and a voltage stabilizer i i are present High-voltage converter 12 on the network 13. The voltage stabilizer should be the system free from fluctuations in the mains voltage, thus disruptive influences as a result of changes the voltage applied to electrodes i to 3 are excluded from the start. A rectifier 14, for example a dry rectifier, is used for provision the required direct current high voltage. The positive pole of the rectifier arrangement lies, as well as. the collecting electrode z, to earth. An instrument 15 is used to display the operating current. The negative pole of the rectifier arrangement 14 is via a series resistor 16 and a high vacuum tube 17 with the spray electrodes 2, 3 connected. The operating circuit is thus closed.

Die bereits erwähnte Sonde 4 erhält, um das elektrische Feld möglichst .wenig zu verzerren, zweckmäßig die Gestalt eines in seiner geometrischen Anordnung des Sprühelektrodensystem angepaßten Gitters. Der Abstand zwischen Sonde 4 und Sprühelektroden 2, 3 ist vorzugsweise kleiner als derjenige zwischen Sonde 4 und Niederschlagselektrode i. Eine solche Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil Entladungen sich in unmittelbarer Nähe der Sprühelektroden zu bilden beginnen, da hier die Feldliniendichte am größten und die Aufladung der Schwebeteilchen, z. B. Lacknebelteilchen, am stärksten ist.The already mentioned probe 4 receives the electric field as possible . Little to distort, expediently the shape of one in its geometric arrangement of the spray electrode system adapted grid. The distance between probe 4 and spray electrodes 2, 3 is preferably smaller than that between probe 4 and precipitation electrode i. Such an arrangement is particularly advantageous because discharges occur begin to form in the immediate vicinity of the spray electrodes, as this is where the field line density the largest and the charge of the suspended particles, z. B. paint mist particles, the strongest is.

Bildet sich nun zwischen den Elektroden i und :2 bzw. 3 ein Entladungskanal aus, beispielsweise infolge einer konzentrierten Ansammlung elektrisch geladener Schwebeteilchen, so macht sich dies, da der .physikalische Vorgang einer Verkleinerung des Spannungsabstandes zwischen den Elektroden gleichkommt, als Änderung des an der gitterförmigen Sonde herrschenden Potentials bemerkbar. Diese Potentialänderung wirkt über das Potentiometer 7 auf das Gitter der als Verstärker geschalteten Röhre 8, und zwar so, daß sich die Änderung des im Anodenkreis dieser Röhre fließenden Stromes als Änderung des am Anodenwiderstand 18 auftretenden Spannungsabfalls bemerkbar macht. Das bedeutet eine Änderung der Gitterspannung der im Betriebsstromkreis liegenden Röhre 17, die daraufhin den Betriebsstrom der Anlage sperrt. Der Sperrvorgang wird also in dem Falle eingeleitet, bei dem die vorbestimmte maximale Feldstärke an der Sonde überschritten wird, also bereits dann, wenn sich die Front einer Entladung der Sonde nähert und durch die ausgesprochene Spitzenwirkung, neben der Verringerung des Spannungsabstandes, auch noch eine Feldlinienverdichtung hinzukommt.A discharge channel is now formed between electrodes i and: 2 or 3 from, for example as a result of a concentrated accumulation of electrically charged Suspended particles, this is what happens because the .physical process of a reduction in size of the voltage distance between the electrodes is the same as a change in an the grid-shaped probe of the prevailing potential is noticeable. This change in potential acts via the potentiometer 7 on the grid of the tube connected as an amplifier 8, in such a way that the change in the flowing in the anode circuit of this tube Current noticeable as a change in the voltage drop occurring at the anode resistor 18 power. This means a change in the grid voltage of those in the operating circuit Tube 17, which then blocks the operating current of the system. The locking process will so initiated in the case where the predetermined maximum field strength at the Probe is exceeded, so already when the front of a discharge approaching the probe and by the pronounced peak effect, in addition to the reduction of the voltage distance, a field line compression is also added.

Durch die Sperrung des Betriebsstromes entfällt der am Vorwiderstand 16 im normalen Betrieb wirksame Spannungsabfall, so daß eine bisher nicht erwähnte Funkenstrecke 2o nunmehr die volle Betriebsspannung erhält, anspricht und über einen Stromwandler 21 und ein Relais 22 das obenerwähnte Hauptschütz io zum Ausschalten bringt. In Abhängigkeit hiervon können z. B. auch eine Fördereinrichtung (für Werkstücke) selbsttätig stillgelegt, eine Zerstäubungsanlage (im Sprühraum) außer Betrieb genommen und gewünschtenfalls eine Alarmanlage in Tätigkeit gesetzt werden.By blocking the operating current, there is no need for the series resistor 16 effective voltage drop in normal operation, so that a previously not mentioned Spark gap 2o now receives the full operating voltage, responds and via a Current transformer 21 and a relay 22 the above-mentioned main contactor io for switching off brings. Depending on this, z. B. also a conveyor (for workpieces) automatically shut down, an atomization system (in the spray room) shut down and, if desired, an alarm system can be activated.

Die Zeitkonstante der Schutzeinrichtung soll möglichst etwa um eine Größenordnung kleiner sein als die für den Aufbau einer Entladung benötigte Zeit. Dies läßt sich mit Hilfe von Hochvakuumröhren, vorzugsweise Tetroden oder Pentoden, erreichen. Sie ermöglichen eine praktisch leistungslose Steuerung. Es empfiehlt sich, die Anodenspannung größer als die Schirmgitterspannung zu machen, da in diesem Bereich der Kennlinienverlauf wegen des veränderlichen Durchgriffes unabhängig von der Anodenspannung ist. Das bedeutet, daß bei gleichem Anodenstrom die Sperrspannung für verschiedene Anodenspannungen die gleiche bleibt.The time constant of the protective device should, if possible, be around one Be an order of magnitude less than the time it takes to build a discharge. This can be done with the help of high vacuum tubes, preferably tetrodes or pentodes, reach. They enable practically powerless control. It recommends himself to make the anode voltage greater than the screen grid voltage, since in this one Area of the characteristic curve due to the variable penetration independent of is the anode voltage. This means that with the same anode current, the reverse voltage remains the same for different anode voltages.

Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem an Stelle der Änderung des Feldpotentials der zeitliche Anstieg des Betriebsstromes, der sich beim Aufbau einer Entladung plötzlich einstellt, dazu herangezogen wird, ein Mittel zur Sperrung des Betriebsstromes in Gestalt einer Röhre zu steuern. r ist wiederum die Niederschlagselektrade, 2, 3 das Sprühelektrodensystem. Ein plötzliches Ansteigen des Stromes hat eine entsprechende zeitliche Änderung des Spannungsabfalles am Gitterwiderstand 3o und damit eine Änderung der Gittervorspannung einer Verstärkerröhre 31 zur Folge. Der weitere Verlauf des Abschaltvorganges ist ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. i. 38 ist der Anodenwiderstand. der Verstärkerröhre 31, 37 die im Betriebsstromkreis liegende, die Sperrung bewirkende Röhre, 36 das die Steuerspannung für die Funkenstrecke liefernde Potentiometer. Die Leitung 32 führt zur Funkenstrecke, die Leitung 33 zum Gleichrichter.2 shows a further embodiment in which, instead of the change in the field potential, the rise in the operating current over time, which suddenly occurs when a discharge is built up, is used to control a means for blocking the operating current in the form of a tube. r is again the precipitation electrode, 2, 3 the spray electrode system. A sudden increase in the current results in a corresponding change in the voltage drop across the grid resistor 3o over time and thus a change in the grid bias of an amplifier tube 31. The further course of the shutdown process is similar to that of the circuit according to FIG. 38 is the anode resistance. of the amplifier tube 31, 37 the tube which is in the operating circuit and causes the blocking, 36 the potentiometer which supplies the control voltage for the spark gap. Line 32 leads to the spark gap, line 33 to the rectifier.

Eine Schutzeinrichtung nach Fig.2 wird man insbesondere bei solchen Anlagen einsetzen, die mit einem verhältnismäßig großen Betriebsstrom arbeiten, und bei denen der Abstand zwischen Sprüh- und Niederschlagselektroden verhältnismäßig klein ist, also z. B. bei Elektrofiltern. Anordnungen nach Fig. r dagegen eignen sich besonders für Anlagen zum elektrostatischen Behandeln einer Oberfläche, z. B. Lackieren.A protective device according to Figure 2 is used in particular with such Use systems that work with a relatively large operating current, and where the distance between spray and collecting electrodes is proportionate is small, e.g. B. with electrostatic precipitators. Arrangements according to Fig. R, however, are suitable particularly suitable for systems for the electrostatic treatment of a surface, e.g. B. Painting.

An Stelle einer Funkenstrecke, wie sie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Steuern des Netzschützes über ein Relais verwendet wird, kann man z. B. auch eine gasgefüllte Entladungsröhre anwenden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 3 (als Ausschnitt einer Schaltung nach Art derjenigen der Fig. r). Das gittergesteuerte Gasentladungsrohr ist mit 4o bezeichnet, die Spannung seiner Zündelektrode 4z wird an dem Anodenwiderstand 48 der Verstärkerröhre 47 abgegriffen.Instead of a spark gap, as in the embodiment described above is used to control the line contactor via a relay, you can z. Belly use a gas-filled discharge tube. An exemplary embodiment for this is shown Fig. 3 (as a detail of a circuit like that of Fig. R). The grid controlled Gas discharge tube is denoted by 4o, the voltage of its ignition electrode is 4z tapped at the anode resistor 48 of the amplifier tube 47.

Eine weitere Anwendung eines gittergesteuerten Gasentladungsrohres ist in Fig.4 beispielsweise dargestellt. Das gittergesteuerte Gasentladungsrohr ist hier mit 5 r bezeichnet und wird ohne Anwendung einer Verstärkerröhre unmittelbar von der Sonde 4 im Raum zwischen den Sprühelektroden 2, 3 einerseits und der Niederschlagselektrode z andererseits über ein Potentiometer 52 gesteuert. Beim Ansprechen des gittergesteuerten Gasentladungsrohres wird über einen einstellbaren Gitterwiderstand 53 negatives Potential an das Gitter der im Betriebsstromkreis liegenden Hochvakuumröhre 54 gelegt. Dadurch wird der Betriebsstrom gesperrt und die an den V orwiderstand 56 angeschlossene Funkenstrecke 6o an volle Spannung gelegt. Sie spricht an und gibt damit den Weg zur Abschaltung der Anlage frei. Der Vorwiderstand 56 muß hierbei so gewählt werden, daß der an ihm im normalen Betrieb auftretende Spannungsabfall so groß ist, daß das Ansprechen der Funkenstrecke vermieden wird. Diese Forderung entfällt bei Verwendung eines gittergesteuerten Gasentladungsrohres (an Stelle der Funkenstrecke 6o), da zu dessen Zündung eine fremde, aber von den Entladungsvorgängen in ihrer Größe abhängige Spannungsquelle herangezogen wird.Another application of a grid-controlled gas discharge tube is shown in Figure 4, for example. The grid-controlled gas discharge tube is denoted here by 5 r and is immediate without the use of an amplifier tube from the probe 4 in the space between the spray electrodes 2, 3 on the one hand and the collecting electrode z, on the other hand, controlled via a potentiometer 52. When responding to the grid-controlled Gas discharge tube is negative via an adjustable grid resistor 53 Potential applied to the grid of the high vacuum tube 54 in the operating circuit. As a result, the operating current is blocked and the current connected to the series resistor 56 is blocked Spark gap 6o applied to full voltage. She speaks and thus gives the way free to switch off the system. The series resistor 56 must be chosen so that that the voltage drop occurring on it during normal operation is so great that the spark gap is avoided. This requirement does not apply if it is used a grid-controlled gas discharge tube (instead of the spark gap 6o), there for its ignition a strange, but dependent on the discharge processes in its size Voltage source is used.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Protection device against arcing for systems for electrostatic precipitation of suspended particles by blocking the operating current before a flashover occurs, characterized in that that the lock depending on the change in the field potential between the Working electrodes (spray electrode and precipitation electrode) takes place.

2. Protective device according to claim z, characterized in that means are provided which are dependent from the blocking of the operating current to a shutdown of the system and / or shutdown of auxiliary equipment (workpiece conveyor, atomization system or the like) and / or commissioning an alarm system.

3. Protection device according to claim 2, characterized in that as a function of the blocking of the operating current working means an auxiliary circuit with a relay arrangement (2r, 22) is provided which can be switched on by means of an auxiliary spark gap (2o).

4. Protective device according to claim r or one of the following, characterized in that in the field a probe (¢) is inserted between the working electrodes (r, 2), by means of which a single or multi-stage arrangement of high vacuum tubes for the purpose of blocking the operating flow is controlled.

Protective device according to claim 4, characterized in that for Amplification of the potential change occurring at the probe (4) an amplifier stage with high vacuum tube is provided.

6. Protection device according to claim 4, characterized characterized in that as a means for rectifying the high-voltage alternating current the high vacuum tube, which also serves to shut off the operating current, is provided is.

7. Protection device according to claim r or one of the following, characterized in that a grid-controlled gas discharge tube (4o) is provided instead of a spark gap for controlling the disconnection of the high-voltage system or the auxiliary devices. B. Protection device according to claim 7, characterized in that the voltage of the ignition electrode of the grid-controlled gas discharge tube is tapped by the resistor (48) located in the anode circuit of the amplifier tube (47). G. Protective device according to Claim 7, characterized in that the voltage at the ignition electrode of the grid-controlled gas discharge tube is taken from a voltage source which is directly dependent on the discharge processes. ok Protective device according to claim 1 or one of the following, characterized in that a grid-controlled gas discharge tube (51), the ignition voltage of which is supplied by the probe (4) between the two working electrodes (1, 2), as a switching element for applying negative grid bias to the barrier tube ( 54) is used. Documents considered: German Patent No. 812 234; . USA. Patent No. 2,509,277; Pohl: Introduction to Electricity, 1935 p. 47, § 92; Metalloberfläche magazine, 195o, issue 4, p. B 57.