DK164648B - Elektronisk hoejspaendingsgenerator til elektrostatiske sproejteapparater - Google Patents

Description

i

DK 164648 B

o

Opfindelsen angår en elektronisk højspændingsgenerator til elektrostatiske sprøjteapparater med en opladningselektrode ifølge krav l's indledende del.

Forskellige udførelsesformer af denne art af høj-5 spændingsgeneratorer er tilgængelige på markedet, idet de enten er udformede som et særskilt element, som er forbundet med sprøjtepistolen med et højspændingskabel, eller transformator og højspændingskaskade er på den anden side placerede i sprøjtepistolen og forbundet ved en 10 lavspændingsledning med den enhed, som indeholder de øvrige komponenter i højspændingsgeneratoren. Ved fremstillingen af sådanne sprøjtesystemer, udformes de enkelte elektroniske komponenter på en sådan måde, hvilket især gælder en oscillator med en oscillationsfrékvens til takt-15 styring af effektforstærkeren, at frembringelsen af højspænding finder sted med det lavest mulige effekttab, og især at transformatoren virker så tabsfrit som muligt (resonansområde). På trods af denne forudgående tilpasning optræder der imidlertid betydelige effekttab i den 20 praktiske anvendelse af sådanne sprøjtesystemer, især fordi den forudgående tilpasning nødvendigvis må baseres på faste værdier i forhold til forbindelsesledningen mellem højspændingsgeneratoren eller hhv. den del, som tilvejebringer højspænding, og sprøjtepistolen, ligesom i for-25 hold til belastningen. Det er imidlertid netop belastningen, som er afhængig af afstanden mellem opladningselektroden og det arbejdsemne, som skal sprøjtemales, arten af sprøjtematerialet og lignende, som i praksis er undergivet betydelige ændringer eller svingninger op og 30 ned, især i tilknytning til håndsprøjtepistoler. Resultatet af disse betydelige tab er ikke alene en ineffektiv virkning, men også nødvendigheden af at imødekomme en modsvarende varmedissipation, f.eks. i serieforbundne modstande. I sprøjtepistoler, hvori transformator og høj-35 spændingskaskade er placeret i pistolen, optræder der y-derligere den ulempe, at der, for at undgå skader ved o-verophedning, må sættes grænser for graden af miniaturi-

DK 164648B

2 O ' sering af disse komponenter, ville medføre, at især når der er tale om håndsprøjtepistoler, at de er forholdsvis store og tunge, og derfor uhåndterlige.

Det er således formålet med den foreliggende op-5 findelse at tilvejebringe en elektrostatisk højspændingsgenerator af ovenfor omtalte art, som skal anvendes i tilknytning til elektrostatiske sprøjteapparater, hvilken generator til stadighed tilpasses (eller afbalanceres) automatisk for opnåelse af minimale effekttab under den 10 praktiske anvendelse. Det angivne formål opnås med et anlæg af den indledningsvis omhandlede art, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning.

Opfindelsen er baseret på den opfattelse, at de 15 effekttab, som optræder i praksis i tilknytning til kendte højspændingsgeneratorer især skyldes den kendsgerning, at transformatorens resonansområde ændres ved belastningsændringer, dvs. at transformatoren ikke længere virker i det optimale effektområde. For at tilvejebringe en fre-20 kvenstilpasning må der frembringes muligheder for at kunne variere frekvensen på den effektforstærker, som driver primærsiden på transformatoren. En styrbar frekvensgenerator er derfor tilvejebragt ved opfindelsen til taktstyring af effektforstærkeren, i stedet for de standardoscil-25 latorer, som oscillerer med en bestemt frekvens. Styringen af denne frekvens og især styringen af lavspændingsjævnstrømskilden tilvejebringes så ved en mikrodatamat, som til stadighed og konstant varetager den optimale effekttilpasning på basis af en styringsalgoritme. Spændingen 30 på lavspændingsjævnstrømskilden og således også højspændingen på udgangsterminalen på højspændingskaskaden er således fastsat og styret i overensstemmelse med en for- · ud fastsat størrelse, og frekvensen på frekvensgeneratoren er udpeget til tilvejebringelsen af maksimaleffekt 35 eller hhv. styret af datamaten. Som følge af denne næsten tabsfri højspændingstilvejebringelse under alle arbejds-

O

DK 164648B

3 forhold tilvejebringes på den ene side en indretning, som sparer energi, og på den anden side en væsentlig reduktion i den varme, som tilvejebringes af de elektroniske komponenter, især transformatoren. Det er således 5 f.eks. for sprøjtepistoler, som indbefatter transformator og kaskade, muligt at tilvejebringe disse komponenter i meget små størrelser ved anvendelse af moderne elektronik, hvorved frembringes en lille letvægtssprøjtepistol uden nogen risiko for overophedning af de elektro-10 niske komponenter.

I en yderligere udvikling af opfindelsen ifølge krav 2, bestemmes sprøjtestrømmen, dvs. den strøm som løber mellem opladningselektroden og det arbejdsstykke, som skal sprøjtemales, hvorefter mikrodatamaten fasthol-15 der spændingen overvejende konstant op til en forud fastsat sprøjtestrømstærskel på basis af de udfundne sprøjtestrømsstørrelser, men reducerer spændingen, når denne tærskel er nået, eller hhv. overskredet. Med andre ord, når sprøjtepistolen nærmest til arbejdsstykket, hvilket 20 medfører en stigning i sprøjtestrømmen, fastholdes spændingen først på en hovedsagelig konstant størrelse, medens spændingen nedsættes ved en bestemt afstand (sprøjtestrømstærskel) og faren for buedannelse undgås således. Arbejdet kan således fortsat udføres uden risiko, selv 25 inden for tærskelafstanden, hvorved der fortsat sikres optimal tilpasning (minimale tab). Selv om såkaldte afstandsafbrydere er kendte, f.eks. fra europapatentansøg-ning nr. 0.092.404, hvilke afbrydere nedsætter spændingen, efterhånden som sprøjtepistolen nærmer sig til arbejdsstyk-30 ket, er disse kendte kredsløb forholdsvis indviklede, og er næppe i stand til at holde spændingen konstant før tærskelværdien er nået og virker ikke i tilknytning til tilpasning af højspændingsgeneratoren ved de stærkt svingende arbejdsbetingelser i det foreliggende tilfælde. Men 35 frem for alt tilvejebringes ved fastsættelsen af sprøjtestrømmen ifølge krav 3 i den foreliggende opfindelse en meget simpel, uproblematisk og dog præcis målemetode.

4

O

DK 164648 B

I overensstemmelse med andre afhængige krav kan den ved opfindelsen tilvejebragte højspændingsgenerator udbygges med udvælgelsesenheder, styreelementer og inter-face-enheder, hvorved der tilvejebringes et stort antal 5 forskellige muligheder i forbindelse med indlæsning og fremvisning af data, fastlæggelse af særlige forløb og sammenkobling med andre sprøjteapparater og/eller andre databehandlings indretninger.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere un-10 der henvisning til tegningen, på hvilken: fig. 1 er et blokdiagram af en udførelsesform af den ved opfindelsen tilvejebragte højspændingsgenerator, fig. 2A og 2B er diagrammer som viser den sprøjte-strømsafhængige styring, 15 fig. 3A, 3B og 3C viser skematisk et fremvisnings organ .

I blokdiagrammet i fig. 1 er 10 en højspændingstransformator, hvis sekundærside er forbundet med indgangsklemmerne på en højspændingskaskade 11. Udgangshøj-20 spændingen pa kaskaden 11 overføres til en højspændings- -elektrode (ikke vist). Transformatoren 10, højspændingskaskaden 11 og højspændingselektroden er almindelige komponenter i kendte elektrostatiske sprøjtepistoler med organer til frembringelse af højspænding i sprøjtepistolen.

25 Primærsiden på højspændingstransformatoren 10 for synes via et forsyningskabel (ikke vist) fra en effektforstærker 12, som på samme måde som de senere nævnte komponenter er placeret i en lokation uden for sprøjtepistolen, fortrinsvis i en sammensat forsynings- og sty-30 ringsenhedshus. Effektforstærkeren 12 forsynes med jævnspænding fra en styrbar spændingskilde 13, f.eks. en af kloksignaler styret netdel. Den nødvendige klokkefrekvens påtrykkes effektforstærkeren 12 af en frekvensgenerator 14, idet generatoren 14 er en jævnstrømsstyret, reguler-35 bar frekvensge'nerator, hvilket er af væsentlig betydning. Spændingskilden 13 og frekvensgeneratoren 14 er med sty-

O

DK 164648 B

5 ringsforbindelser forbundet med en mikrodatamat 15, som varetager styringen (eller reguleringen) af de to indgående dele. Mikrodatamaten 15 styres fra et styringselement (16), som indbefatter et manuelt betjent tastatur og et 5 fremvisningsorgan (16a) til fremvisning af data af interesse. Yderligere forsynes mikrodatamaten 15 kontinuert med data om de begivenheder/ som indtræder i højspændingsgeneratoren/ hvorved de til enhver tid aktuelle spændingsstørrelser erkendes af et kredsløbselement 17 og de til enhver 10 tid aktuelle strømstørrelser på primærsiden af transformatoren 10 erkendes af et kredsløbselement 18/ og disse data overføres til mikrodatamaten 15 efter egnet dataredigering som informationsdata. Forbindelserne til de to kredsløbselementer 17 og 18 er vist i fig. 1, hvor 19 15 henviser til en modstand med en lav modstandsværdi. Herudover forsynes mikrodatamaten 15 med informationsdata om den til enhver tid gældende størrelse af sprøjtestrømmen, dvs. strømmen mellem højspændingselektroden og det jordforbundne arbejdsstykke, hvilken information tilveje-20 bringes af kredsløbselementet 20. Kredsløbselementet 20 erkender sprøjtestrømmen på den måde, at strømmen mellem det elektroniske stelforbindelsespunkt 21 og jordspændingsniveauet 22 måles ved indskydelse af en modstand 23 med høj modstandsværdi. På denne vis kan den for en direkte 25 måling vanskeligt tilgængelige sprøjtestrøm bestemmes nemt og dog nøjagtigt.

Et indgangs-udgangsstyringselement 24, som er forbundet med mikrodatamaten 15, højspændingstransformatoren 10 og sprøjtepistolens aktiveringselementer, f.eks.

30 udløsningsorganerne for højspænding, tilførsel af sprøjtemateriale og tilførsel af trykluft, og som styrer visse forløb, f.eks. at åbning af sprøjtematerialeventilen først sker efter at højspændingen er tilsluttet, og som angiver fejl under bestemte betingelser. En kendt overvågnings-35 kredsløbsenhed 25 moniterer mikrodatamaten 15's programstyring. Endelig er 26 og 27 interface-kredsløbsenheder, 6

O

DK 164648 B

idet enheden 26 er et interface-kredsløb til indskydelse mellem datamater til tilvejebringelse af sammensætninger til udveksling af data eller instruktioner (f.eks. til styring af et antal sprøjtepistoler fra en central posi-5 tion) og interface-kredsløbsenheden 27 er et serieinter-face-element/ som kan tilvejebringelse forbindelse til datamatsysterner af højere orden.

Højspændingsgeneratorens arbejdsmåde er som følger. Operatøren indsætter størrelsen af den fastsatte 10 højspænding på opladningselektroden over tastaturet i styringselementet 16. Under hele sprøjtningen styrer mikrodatamaten spændingen på spændingskilden 13 og frekvensen fra frekvensgeneratoren 14 på en sådan måde, at den forudbestemte spænding forbliver konstant og at samtidigt 15 primærstrømmen på transformatoren 10 antager den ydelses mæssige mest gunstige størrelse (minimum). Således til-sikres en optimal sprøjtevirkning (konstant højspænding) og et minimalt effekttab (optimal tilpasning) uafhængig af de til enhver tid gældende belastninger og belastnings-20 ændringer. Ud over indlæsning af det fastsatte højspændingsniveau på opladningselektroden foretages også indlæsning af en sprøjtetærskelværdi gennem tastaturet. Når denne tærskelværdi nås eller overskrides, overføres information til datamaten 15 herom fra kredsløbselementet 25 20, hvorefter datamaten 15 nedsætter spændingen på spæn dingskilden 13 og således også højspændingen på opladningselektroden, hvilket sidste sker på en sådan vis, at sprøjtestrømmen forbliver overvejende konstant. Fig. 2A anskueliggør karakteristikken for sprøjtestrømmen I_, og 30 fig. 2B anskueliggør karakteristikken for højspændingen U på opladningselektroden, begge i forhold til afstanden mellem opladningselektroden og arbejdsstykket. Den punkterede lodrette linie angiver tærskelværdien for sprøjtestrømmen, hhv. den kritiske afstand. Den på de to diagram-35 mer anskueliggjorte regulering sikrer risikofrit arbejde op til minimumsafstanden mellem opladningselektroden og arbejdsstykket, idet styringen kan varetages på en sådan

O

DK 164648 B

7 måde, at spændingen brydes helt ned umiddelbart før opladningselektroden berører arbejdsstykket (forbindelsesbeskyttelse) . Således fortsætter også udøvelsen af effekttilpasningen under en arbejdsgang tæt på emnet, dvs. at 5 der ikke optræder noget effekttab af betydning således, at der heller ikke under disse arbejdsbetingelser frembringes nogen opvarmning af de elektroniske dele.

På fremvisningsenheden i styringselementet 16 kan der for operatøren forevises forskellige indstillings- og 10 arbejdsdata. Især vil der blive forevist den udpegede spændingsstørrelse, den udpegede sprøjtestrømstærskelværdi og størrelsen af den sprøjtestrøm, som skal anvendes.

En særlig elegant fremvisningsenhed for disse tre størrelser indbefatter et omskiftbart, lysende diodebånd, som 15 vist i fig. 3A, 3B og 3C. Det lysende bånd 30 i fig. 3A repræsenterer således den indstillede højspænding, idet spændingsstørrelsen afledes af længden af båndet 30. Denne fremvisning vil således forblive konstant under arbejdsprocessen, med mindre sprøjtestrømstærsklen overskrides.

20 Den ved omskiftning tilvejebragte i fig. 3B viste tilstand, hvorved den indstillede sprøjtestrømstærskel fremvises, hvilket sker ved, at den ikké-lysende diode deler det lysende bånd 30 i to underbånd 31, 32. Ved yderligere omskiftning nås endelig den i fig. 3C viste tilstand, hvor 25 den til enhver tid gældende sprøjtestrømsstørrelse fremvises. Til denne fremvisning af størrelsen af sprøjtestrømmen lyser kun en enkelt lysdiode 33. Fordelen ved denne fremvisning består i, at kun en lysdioderække er nødvendig til fremvisning af tre størrelser, nemlig spæn-30 dingen U, tærskelværdien SW og sprøjtestrømmen Ig.

Ud fra de i mikrodatamaten lagrede data kan der uddrages oplysninger, som er af væsentlig betydning for fejldiagnose, hvor det f.eks. muliggøres i tilknytning til en fejl at erkende, hvorvidt dette skyldes en fejl i 35 kaskaden, en afbrydelse af forbindelsen osv. Endvidere kan såvel et foreskrevet forløb som erkendelsen eller fremvisningen af særlige forløb eller hændelser tilveje-

DK 164648 B

8 o bringes gennem indlæsnings-udlæsningsstyringselementet 24, hvor der som eksempel kan nævnes sammenlåsningsforløbet (f.eks. at farveventilen ikke åbnes før højspændingen er blevet tilkoblet), eller fremvisning af fejl. Sammensæt-5 ning af et antal logikker kan tilvejebringes gennem in- terface-kredsløbet 26, som indskydes mellem datamater, for tilvejebringelse af udveksling af data eller instruktioner, eksempelvis når et antal sprøjtepistoler skal styres fra en central position eller når der indsættes et organ 10 til kontrol af arbejdsstykkets jordforbindelse, hvorved højspændingen automatisk afbrydes, hvis arbejdsstykkets jordforbindelse er mangelfuld. Når højsspændingsgeneratoren skal anvendes i forbindelse med datamater på højere niveau, kan dette opnås gennem serieinterface-kredsløbs-15 enheden 27. Der er således tilvejebragt næsten ubegrænsede muligheder for automatiske sprøjteanlæg med automatisk farveskift og lignende.

Programmeringen af mikrodatamaten er ikke genstand for den foreliggende opfindelse, hvorfor der ikke er be-20 hov for nærmere behandling af et eksempelvist program. Det skal blot nævnes, at en sådan programmering af de på markedet kendte mikrodatamater, hvilket her indbefatter sammensætningen af en mikroprocessor og et datalager- hhv. tilvejebringelsen af et sådant program, at den. udpegede 25 algoritmestyring tilvejebringes, ikke frembyder nogen vanskelighed.

Udelukkende som et talmæssigt eksempel kunne jævnspændingskilden 13 tænkes at frembringe en jævnspænding på 25 V ved en jævnstrøm på 0,5 til 2A, idet frekvensge-30 neratoren 14 frembringer en klokfrekvens på 26 kHz.

35

Claims (7)

1. Elektronisk højspændingsgenerator til elektrostatiske sprøjteapparater med en opladningselektrode, idet sprøjteapparaterne indbefatter en justerbar lavspændings- 5 jævnsspændingskilde (13), en klokkefrekvensimpulseret effektforstærker (12), som ændrer jævnspændingen til en vekselspænding, en transformator (10), som transformerer den lave vekselspænding til en middelhøj vekselspænding, og en højspændingskaskade (11), som ændrer den middelhøje vek-10 selspænding til en høj jævnspænding, især til håndsprøjtepistoler med transformatoren og kaskaden indbygget i sprøjtepistolen, kendetegnet ved, at effektforstærkeren (12) modtager klokkeimpulser fra en jævnspændingsstyret, justerbar frekvensgenerator (14), at lavspændingsjævnspæn-15 dingskilden (13) og frekvensgeneratoren (14) styres af en mikrodatamat (15) således, at transformatoren (10) belastningsmæssigt er optimalt tilpasset til alle de på højspændingsudtaget på kaskaden (11) tilvejebragte spændinger, dvs. at transformatorens primærstrøm forbliver på sin dertil 20 knyttede minimumsstørrelse, og at den til enhver tid frembragte størrelse på primærstrøm og spænding på transformatoren (10) kontinuerligt overføres som informationsdata til mikrodatamaten (15) gennem kredsløbselementer (17,18).

2. Højspændingsgenerator ifølge krav 1, kende-25 tegnet ved, at et kredsløbselement (18) registrerer sprøjtestrømmen mellem opladningselektroden og det jordforbundne arbejdsstykke, som skal sprøjtemales, idet elementet (18) kontinuert overfører de til enhver tid eksisterende størrelser på sprø jtestrømmen til mikrodatama-30 ten (15) som informationsdata, og at mikrodatamaten (15) styrer lavspændingsjævnspændingskilden (13) på en sådan måde, at højspændingen på opladningselektroden forbliver i hovedsagen konstant indtil til en forud fastsat sprøjtestrømstærskel, og nedsættes, når denne tærskel er nået el-35 ler overskrides. DK 164648 B 10 o

3. Højspændingsgenerator ifølge krav 2, kendetegnet ved, at kredsløbselementet (18) måler strømmen mellem det elektroniske stelforbindelsespunkt (21) og jordspændingsniveauet (22) til registrering af 5 sprøjtestrømmen.

4. Højspændingsgenerator ifølge ét af kravene 1-3, kendetegnet ved et styringselement (16), som er forbundet med mikrodatamaten (15), hvilket styringselement indbefatter et styringstastatur og en fremvisningsenhed 10 (16a).

5. Højspændingsgenerator ifølge krav 4, kendetegnet ved, at fremvisningsenheden (16a) indbefatter et omstilleligt fremvisningsorgan med et lysdiodebånd.

6. Højspændingsgenerator ifølge ét af kravene 1-5, 15 kendetegnet ved et indlæsnings-udlæsningsstyringselement (24), som er forbundet med mikrodatamaten (15) med højspændingstransformatoren (10) og med sprøjteappara-tets udløsningselementer, som styrer sprøjteforløb.

7. Højspændingsgenerator ifølge ét af kravene 1-6, 20 kendetegnet ved i det mindste én interface- -kredsløbsenhed (26,27) til frembringelse af forbindelser mellem processesorer eller serieforbindelser. 25 30 35