EP0472817B1 - Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole - Google Patents

Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole Download PDF

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EP0472817B1 EP91107412A EP91107412A EP0472817B1 EP 0472817 B1 EP0472817 B1 EP 0472817B1 EP 91107412 A EP91107412 A EP 91107412A EP 91107412 A EP91107412 A EP 91107412A EP 0472817 B1 EP0472817 B1 EP 0472817B1
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electrostatic spray
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Georg Simon
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053—Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0531—Power generators

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic spray gun, in particular a manual spray gun, for coating workpieces with liquid or powder coating material according to the preamble of patent claim 1
  • LU-A-67 141 discloses a high-voltage generator with the features of the preamble of claim 1, namely a high-voltage cascade for the high-voltage generator of an electrostatic powder coating device, which is implemented by a printed circuit comprising two or more superimposed layers, one layer for even-numbered capacitors and the other layer is for odd-numbered capacitors. Diodes are soldered directly to the connections of the capacitors, and the entire assembly is coated with a resin.
  • the multistage voltage multiplier high-voltage cascade
  • the spray gun for example to install it in the pistol grip or the pistol barrel.
  • the dimensions and the weight of the high-voltage cascade have been reduced in recent years, which is understandably of crucial importance, especially with hand spray guns.
  • the dimensions of the required capacitor and diode modules are likely to be a limit to a further reduction in space and weight set without the goals already being achieved.
  • the object of the present invention is therefore to design a voltage multiplier intended for installation in or attachment to an electrostatic spray gun in such a way that its dimensions and weight can be reduced still further.
  • This object is achieved by a high-voltage generator for an electrostatic spray gun with the features of claim 1.
  • FIG. 1 shows a carrier plate of rectangular extension made of sintered ceramic.
  • a large number of corresponding capacitor areas 11 are printed on the upper and lower surfaces of this carrier plate 10, in the form of two opposing rows of capacitors, similar to the arrangement of the capacitors of a conventional high-voltage cascade.
  • the electrical supply and discharge is carried out by printed conductor tracks 12, which are also printed.
  • FIG Embodiment of the entire high-voltage cascade, the diodes 13 which are still required being applied to the carrier plate 10 with capacitors 11 and conductor tracks 12 from FIG. 1 and are correspondingly connected to the capacitors by soldering.
  • synthetic resin for example.
  • circuit diagram of this high-voltage cascade from FIG. 2 corresponds entirely to that of a high-voltage cascade constructed using conventional capacitors, so that a special explanation is unnecessary.
  • the dimensions and also the weight of the high-voltage cascade according to FIG. 2 are, however, considerably smaller than in the case of conventionally constructed high-voltage cascades.
  • Figure 3 shows a modification of the high-voltage cascade of Figure 2.
  • the modification consists in that the carrier plate 10 of Figure 3 has been extended on one side and protective resistors 14 and / or other electronic components are arranged on the extension area 10 ', as in electrostatic spray guns between the high-voltage output of the cascade and charging electrode are common and necessary.
  • FIG. 4 shows a further carrier plate 15, for example likewise made of sintered ceramic, on which diodes 16 are printed as doped silicon rods or strips and contact areas 17 to form a diode matrix.
  • This carrier plate 15 with a diode matrix is intended for combination with the carrier plate 10, the active surfaces of the carrier plates 10 and 15 being placed on one another by soldering the capacitor and diode connections. Finally, these double plates 10, 15 can then be cast with synthetic resin.
  • the carrier plate 10 preferably consists made of sintered ceramic.
  • the capacitor areas can then be printed on using a layout template, for example.
  • the thickness of the carrier plate 10 must be selected in relation to the capacitors so that no breakdowns occur for a given capacitance, specifically depending on the high-voltage strength and the number of stages of the cascade. If one chooses a comparatively large number of cascade steps for a given total capacity of the voltage multiplier, then a comparatively long carrier plate 10 is required, the thickness of which may be kept small, whereas with a few cascade steps the carrier plate 10 may be short but have a comparatively large thickness got to. In this way it is possible to adapt to the respective requirements, given by the required electrical values and the space available for the respective spray gun.
  • the carrier plate 15 for the diode matrix can also consist of sintered ceramic, but a carrier plate 15 made of insulating plastic is also possible, because a lower dielectric constant is sufficient for the carrier plate 15 than for the carrier plate 10 for the capacitors.
  • the two carrier plates 10, 15 are then placed one on top of the other, it being irrelevant whether the two carrier plates 10, 15 lie directly on one another with their surfaces or are at a minimal distance, because this component 10, 15 ultimately has insulating plastic is cast around.
  • the diode part can also be constructed and encapsulated as is known from today's integrated circuits. Another modification possibility is to design the carrier plates 10 and / or 15 not as straight rectangular plates, but as curved plates, in order to take account of the specified installation conditions. The leadership of the High-voltage cables can be arranged in the curve. Of course, in the case of curved carrier plates, care must be taken that the printed active areas are each of the same size.
  • printing should also be understood to mean known equivalent application methods, such as, for example, vapor deposition and lamination.

Landscapes

  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrostatische Sprühpistole, insbesondere Handsprühpistole, zum Beschichten von Werkstücken mit flüssigem oder pulverförmigem Überzugsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
  • Die LU-A-67 141 offenbart einen Hochspannungserzeuger mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 und zwar eine Hochspannungskaskade für den Hochspannungserzeuger einer elektrostatischen Pulverbeschichtungseinrichtung, die durch einen gedruckten Schaltkreis aus zwei oder mehr übereinanderliegenden Schichten realisiert ist, wobei eine Schicht für geradzahlige Kondensatoren und die andere Schicht für ungeradzahlige Kondensatoren vorgesehen ist. Direkt an die Anschlüsse der Kondensatoren sind Dioden angelötet, und die gesamte Baueinheit ist mit einem Harz ummantelt.
  • Relevanter Stand der Technik ist auch in den Druckschriften US-A-3,902,108 und US-A-4,171,098 offenbart.
  • Es ist seit vielen Jahren bekannt, den aus Kondensatoren und Dioden bestehenden mehrstufigen Spannungsvervielfacher (Hochspannungskaskade) mit der Sprühpistole zu integrieren, beispielsweise in den Pistolengriff oder den Pistolenlauf einzubauen. Durch geschickte Anordnung und Auswahl der Kondensatoren und Dioden der Kaskade ist es dabei in den letzten Jahren gelungen, die Abmessungen und das Gewicht der Hochspannungskaskade immer weiter zu vermindern, was verständlicherweise gerade bei Handsprühpistolen von ausschlaggebender Bedeutung ist. Einer weiteren Raum- und Gewichtsverminderung dürften jedoch jetzt die Dimensionen der erforderlichen Kondensatoren- und Diodenbausteine eine Grenze setzen, ohne daß die Zielvorstellungen bereits erreicht wären.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen zum Einbau in oder Anbau an eine elektrostatische Sprühpistole bestimmten Spannungsvervielfacher so zu gestalten, daß seine Abmessungen und sein Gewicht noch wesentlich weiter verminderbar sind. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Trägerplatte mit aufgedruckten Kondensatoren,
    Fig. 2
    in gleicher Ansicht die Leiterplatte von Figur 1 mit aufgelöteten Dioden,
    Fig. 3
    eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform mit zusätzlich angebrachten Widerständen,
    Fig. 4
    eine Leiterplatte mit aufgedruckten Dioden.
  • In Figur 1 ist eine aus Sinterkeramik bestehende Trägerplatte rechteckiger Erstreckung dargestellt. Auf die obere und untere Oberfläche dieser Trägerplatte 10 ist eine Vielzahl korrespondierender Kondensatorflächen 11 aufgedruckt, und zwar in Form von zwei einander gegenüberliegender Kondensatorreihen, ähnlich der Anordnung der Kondensatoren einer üblichen Hochspannungskaskade. Die elektrische Zu- und Abführung erfolgt durch ebenfalls aufgedruckte Leiterbahnen 12. Figur 2 zeigt dann eine Ausführungsform der gesamten Hochspannungskaskade, wobei auf die Trägerplatte 10 mit Kondensatoren 11 und Leiterbahnen 12 von Figur 1 die noch erforderlichen Dioden 13 aufgebracht und entsprechend durch Lötung mit den Kondensatoren verbunden sind. Zum Schutz der Hochspannungskaskade wird diese dann beispielsweise mit Kunstharz umgossen.
  • Der Schaltplan dieser Hochspannungskaskade von Figur 2 entspricht dabei völlig demjenigen einer unter Verwendung herkömmlicher Kondensatoren aufgebauten Hochspannungskaskade, so daß sich eine besondere Erläuterung erübrigt. Die Abmessungen und auch das Gewicht der Hochspannungskaskade nach Figur 2 sind jedoch wesentlich geringer als bei herkömmlich aufgebauten Hochspannungskaskaden.
  • Figur 3 zeigt eine Abwandlungsform der Hochspannungskaskade von Figur 2. Dabei besteht die Abwandlung darin, daß die Trägerplatte 10 von Figur 3 an einer Seite verlängert worden ist und auf dem Verlängerungsbereich 10' Schutzwiderstände 14 und/oder andere elektronischen Bausteine angeordnet sind, wie sie bei elektrostatischen Sprühpistolen zwischen hochspannungsseitigem Ausgang der Kaskade und Ladeelektrode üblich und notwendig sind.
  • Figur 4 zeigt eine weitere, beispielsweise ebenfalls aus Sinterkeramik bestehende Trägerplatte 15, auf die Dioden 16 als dotierte Siliziumstäbchen bzw. -bänder und Kontaktflächen 17 unter Bildung einer Diodenmatrix aufgedruckt sind. Diese Trägerplatte 15 mit Diodenmatrix ist für die Kombination mit der Trägerplatte 10 bestimmt, wobei die aktiven Oberflächen der Trägerplatten 10 und 15 unter Verlöten der Kondensator- und Diodenanschlüsse aufeinander gelegt werden. Abschließend können dann diese Doppelplatten 10, 15 mit Kunstharz umgossen werden.
  • Die Trägerplatte 10 besteht, wie bereits erwähnt, vorzugsweise aus Sinterkeramik. Die Kondensatorflächen können dann beispielsweise mittels Layoutvorlage aufgedruckt werden. Die Dicke der Trägerplatte 10 muß in Bezug auf die Kondensatoren so gewählt sein, daß bei vorgegebener Kapazität keine Durchschläge entstehen, und zwar so in Abhängigkeit von der Hochspannungsfestigkeit und von der Anzahl der Stufen der Kaskade. Wählt man bei vorgegebener Gesamtkapazität des Spannungsvervielfachers eine vergleichsweise große Anzahl von Kaskadenstufen, dann ist eine vergleichsweise lange Trägerplatte 10 erforderlich, deren Dicke jedoch gering gehalten sein kann, wohingegen bei wenigen Kaskadenstufen die Trägerplatte 10 zwar kurz sein kann, dafür aber eine vergleichsweise große Dicke besitzen muß. Auf diese Weise ist es möglich, sich den jeweiligen Erfordernissen, gegeben durch die erforderlichen elektrischen Werte und den bei der jeweiligen Sprühpistole vorhandenen Platz, anzupassen.
  • Die Trägerplatte 15 für die Diodenmatrix kann ebenfalls aus Sinterkeramik bestehen, jedoch ist auch eine Trägerplatte 15 aus isolierendem Kunststoff möglich, weil bei der Trägerplatte 15 eine geringere Dielektrizitätskonstante genügt, als bei der Trägerplatte 10 für die Kondensatoren. Auch in diesem Fall werden dann die beiden Trägerplatten 10, 15 aufeinander gelegt, wobei es unerheblich ist, ob die beiden Trägerplatten 10, 15 mit ihren Oberflächen direkt aufeinander liegen oder einen minimalen Abstand haben, weil ja dieser Bauteil 10, 15 schließlich mit isolierendem Kunststoff umgossen wird.
  • Der Diodenteil kann aber auch so aufgebaut und umgossen werden, wie dies von den heutigen integrierten Schaltkreisen her bekannt ist. Eine andere Modifikationsmöglichkeit besteht darin, die Trägerplatten 10 und/oder 15 nicht als gerade Rechteckplatten, sondern als gekrümmte Platten auszubilden, um so den vorgegebenen Einbaubedingungen Rechnung zu tragen. Die Führung des Hochspannungskabels kann dabei in der Krümmung angeordnet werden. Freilich ist bei gekrümmten Trägerplatten darauf zu achten, daß die aufgedruckten aktiven Bereiche jeweils gleich groß sind.
  • Wenn voranstehend stets vom Aufdrucken der Leiterbahnen und Bauelementflächen die Rede ist, so sollen unter dem Begriff Aufdrucken auch bekannte äquivalente Aufbringungsverfahren verstanden werden, wie etwa das Aufdampfen und das Aufkaschieren.

Claims (7)

  1. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole, insbesondere Handsprühpistole, zum Beschichten von Werkstücken mit flüssigen oder pulverförmigem Überzugsmaterial, mit einer ein- oder angebauten, einen Spannungsvervielfacher darstellenden, mehrstufigen Hochspannungskaskade aus Kondensatoren (11) und Dioden (13), wobei die Hochspannungskaskade eine erste Trägerplatte (10) aufweist, auf die Leiterbahnen (12) und Kondensatorflächen (11) aufgebracht sind, und die Trägerplatte (10) mit einer Isoliermasse umgossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorflächen (11) auf einander gegenüberliegenden Plattenoberflächen aufgedruckt, aufgedampft oder aufkaschiert sind, wobei sie eine Kondensatormatrix bilden, daß die Leiterbahnen (12) auf die Trägerplatte (10) aufgedruckt, aufgedampft oder aufkaschiert sind, daß die erste Trägerplatte (10) aus einem Material hoher Dielektrizitätskonstante besteht und daß eine zweite Trägerplatte (15) vorgesehen ist, auf die eine mit der Kondensatormatrix der ersten Trägerplatte (10) korrespondierende Diodenmatrix aufgedruckt, aufgedampft oder aufkaschiert ist, wobei die beiden mit der Kondensatormatrix bzw. der Diodenmatrix versehenen Trägerplatten (10, 15) übereinanderliegend mit Isoliermaterial umgossen sind.
  2. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trägerplatte (10) eine über die Kondensatormatrix hinausreichende Verlängerung (10') zur Anbringung von Widerständen (14) und/oder anderen elektronischen Bausteinen aufweist.
  3. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trägerplatte (10) aus Sinterkeramik besteht.
  4. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Trägerplatte (15) aus Sinterkeramik oder aus Kunststoff besteht.
  5. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Trägerplatten (10, 15) zu einer einstückigen Keramikplatte vereinigt sind, die mittels Dickfilmtechnik mit Leiterbahnen (12), Kondensatoren (11) und Dioden (13) bedruckt ist.
  6. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach einem der vorangehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (10, 15) gekrümmt sind.
  7. Hochspannungserzeuger für eine elektrostatische Sprühpistole nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände und/oder anderen elektronischen Bausteine auf die Verlängerung (10') aufgedruckt, aufgedampft oder aufkaschiert sind.
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