KR102349887B1 - 스파크 방전 방지용 제어 회로 - Google Patents

스파크 방전 방지용 제어 회로 Download PDF

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게마 스위스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 고전압 공급원을 갖는 정전 분사-코팅 장치를 스파크 방전에 대해 보호하기 위한 제어 회로에 관한 것이다. 상기 제어 회로는 고전압 공급원을 자동으로 분리시키기 위한 분리 장치를 가지며, 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치를 갖는다. 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터를 모니터링하고 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터가 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 하회할 때 대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계된다.

Description

스파크 방전 방지용 제어 회로
본 발명은 정전 코팅 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 정전-기반 코팅 기술을 안전하게 사용하기 위한 보호 수단에 관한 것이다. 정전 코팅 공정의 고유한 특징은 대체로 수만 볼트의 고전압을 사용하는 동시에 폭발성 용매/증기-공기 혼합물 또는 먼지/공기 혼합물을 생성하는 것에 있다.
액체 페인트의 정전 분사에서, 액체 코팅 재료는 페인트 액적의 안개로 변형되고 전기장의 힘에 의해 코팅 대상물(가공물) 상에 증착된다. 이렇게 함으로써, 액적은 수십 킬로볼트 크기의 고전압에 의해 대전되며 따라서 접지된 물체(가공물)로 이끌릴 것이다. 코팅 재료는 압축 공기, 액체 압력 또는 언급된 방법과 다른 원심력의 조합에 의해 분사될 수 있다.
정전 분말 코팅 공정에서, 기류는 코팅 재료(코팅 분말)를 분말 용기로부터 정전 분사-코팅 장치로 안내한다. 분사-코팅 장치를 통해서 유동하는 분말 입자는 일반적으로 고전압 공급원에 의해 공급되는 수십 킬로볼트의 고전압에 의해 대전된다. 대전된 분말 입자는 접지된 물체(가공물)로 끌려가서 그 위에 코팅 및 증착된다.
정전 식모(flocking)에서는, 짧은-스테이플 섬유(플록)가 전기장에 의해 저장 용기 밖으로 운반된다. 플록은 전기장 내에서 정렬되고 코팅 대상물의 접착제-코팅된 접지된 표면에 증착된다. 플록 입자는 한정된 전도성을 가지며, 정전 식모 장치에 의해 수십 킬로볼트의 고전압을 거쳐서 대전되고, 쌍극자를 형성하며, 그리고 접지된 물체(가공물) 또는 식모된 표면에 각각 전하 힘의 함수로서 구름 형태로 끌려가서, 접착면에 접착된다.
분무화된 코팅 재료가 상기 정전 코팅 공정에서 수만 볼트의 고전압에 의해 대전되기 때문에, 정전 코팅 도중의 폭발 위험을 방지하기 위해 특별한 주의를 기울일 필요가 있다. 폭발은 특히 정전 코팅 중에 공기 중의 분사된 가연성 코팅 재료의 농도가 폭발 한계 내에 있을 때 및 폭발 분위기를 위한 충분한 에너지의 점화 소스가 존재할 때 발생할 수 있다. 상기 점화 소스는 특히 전기 아크 또는 스파크일 수 있다.
또한 정전 코팅 중에 수만 볼트의 고전압을 사용하는 것의 전기적 위험에 대해 특별한 주의를 기울일 필요가 있다. 예를 들어 분사-코팅 장치의 대전 전극과의 직접 또는 간접 접촉으로 인한 전기 충격이 특히 대전 전극 접촉에 의해 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 정전 분사-코팅 장치를 스파크 방전에 대해 보호하기 위한 각각의 용도에 최적하게 적응될 수 있는 가장 신뢰성있는 제어 회로를 제공하는 과제에 기초한다. 본 명세서에서 고려되는 다양한 정전 분사-코팅 장치는 특히 분사될 코팅 재료를 정전기적으로 대전시키기 위해 고전압 공급원을 갖는 장치이거나, 또는 각각, 분사될 코팅 재료의 정전 대전을 위해 대응 고전압 공급원이 할당되는 장치이다. 분사될 코팅 재료는 특히 액체 코팅 재료(습식 페인트) 또는 분말형 코팅 재료(코팅 분말)이다. 그러나, 본 발명이 짧은-스테이플 섬유(플록)를 코팅 대상물의 접착제-코팅된 접지면 상에 분사하는 분사-코팅 장치에 사용되는 것도 고려할 수 있다.
본 발명의 추가 과제는 작동 중에 스파크 방전을 효과적으로 방지할 수 있는 대응 정전 분사-코팅 장치를 제공하는 것에 관한 것이다. 물체를 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 대응 방법도 제공되어야 한다.
제어 회로와 관련하여, 본 발명의 기초가 되는 과제는 독립 청구항 1의 요지에 의해 해결되며, 따라서 본 발명의 제어 회로의 유리한 추가 발전은 종속 청구항 2 내지 11에 제시된다.
분사-코팅 장치와 관련하여, 본 발명의 기초가 되는 과제는 추가 독립 청구항 12의 요지에 의해 해결되며, 물체를 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 방법과 관련하여, 본 발명의 기초가 되는 과제는 추가 독립 청구항 14의 요지에 의해 해결된다.
따라서, 고전압 공급원을 갖는 정전 분사-코팅 장치를 스파크 방전으로부터 보호하기 위한 제어 회로가 구체적으로 제공되며, 상기 제어 회로는 고전압 공급원을 자동으로 분리(disconnect)시키기 위한 분리 장치 및 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치를 포함한다. 고전압 공급원은 구체적으로, 일반적으로 말해서 저전압 부분, 예를 들어 고전압 캐스케이드(cascade) 형태의 고전압 발생기, 및 분사될 코팅 재료(액체 또는 분말형)를 정전기적으로 대전시키기 위한 대전 전극으로 구성되는, 정전 분사-코팅 장치에 할당된 장치에 관한 것이다. 본 발명의 의미에서의 고전압 캐스케이드는 공급된 교류 전압을 최대 수만 볼트의 비교적 높은 직류 전압으로 변환하는 정전 회로이다. 이 고전압은 캐스케이딩, 즉 그라이나헤르(Greinacher) 회로의 다중 직렬 연결에 의해 얻어진다. 캐스케이드는 다이오드 및 커패시터의 개수에 따라서 이론적으로 사실상 제한없는 출력 전압을 공급한다. 그러나, 실제로는, 직렬 연결되는 커패시터에 의해 한계가 설정되며, 따라서 커패시터의 개수가 많아질수록, 커패시턴스가 계속해서 감소한다. 그 결과, 출력 전압은 결국 최소 전류 드레인에서도 붕괴된다.
고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 본 발명에 따른 제어 회로에 사용되는 장치는 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터를 바람직하게 연속적으로 또는 미리 결정된 시기에 또는 미리 결정된 사건 때마다 각각 모니터링하고 고전압 공급원의 작동을 특징짓는 하나 이상의 파라미터가 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 하회하여 고전압 공급원의 이상 작동이 검출될 때 장치를 분리시키기 위해 대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계된다.
이렇게 함으로써 정전 분사-코팅 장치가 스파크 방전으로부터 효과적으로 보호되도록 이상 작동 시에 고전압 공급원의 바람직하게 즉각적인 분리가 보장된다. 따라서, 정전 분사-코팅 장치의 작동 중의 폭발 및/또는 전기 위험의 위협이 효과적으로 제거될 수 있다.
고전압 공급원의 작동 특성인 파라미터는 구체적으로 고전압 공급원의 출력부에 제공되는 고전압 출력의 양(레벨), 고전압 공급원에 공급되는 작동 전류의 양(레벨), 및/또는 분사-코팅 장치의 대전 전극으로부터 코팅 대상물로의 분사 전류의 양(레벨)이다. 따라서 고전압 공급원에 공급되는 작동 전류 및/또는 코팅 대상물에 대한 대전 전극의 분사 전류를 간접적으로 또는 직접적으로 검출 및/또는 측정하는 것이 고려될 수 있다.
간접적인 분사 전류 측정은 예를 들어 고전압 공급원의 작동 전류, 즉 고전압 캐스케이드 연결부를 갖고 그 이차 코일에 정류기 및 커패시터가 연결된 변압기의 일차 코일을 통해서 흐르는 전류를 측정하는 것으로 구성된다. 대안적으로, 변압기와 고전압 캐스케이드 연결부 사이의 이차 코일에 흐르는 전류를 측정함으로써 분사 전류를 간접적으로 결정하는 것도 고려할 수 있다. 분사 전류는 예를 들어 대전 전극 상류의 전기 저항을 가로지르는 전압 강하를 통해서 간접적으로 측정될 수 있다.
한편, 특히 순수한 측정 결과 및 편차에 대한 신속 제어 회로 반응을 가능하게 하기 위해서 분사 전류를 직접 측정하는 것도 고려될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 코팅 대상물로부터 고전압 공급원 또는 제어 회로 각각으로의 전기 리턴 경로에 분사 전류 측정 회로를 배열하여 그 지점에서 분사 전류를 측정하는 것을 고려할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 분사-코팅 장치의 고전압 공급원을 정전류 작동으로 작동시키기 위해 폐쇄 루프 시스템이 추가로 제공된다. 본 명세서에 사용되는 "정전류 작동"이라는 용어는 폐쇄 루프 시스템이 고전압 전류의 실제 값을 다시 제어 유닛에 직접 공급하는 고전압 공급원의 작동으로서 이해되어야 한다. 따라서 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류가 각각 일정하게 유지되며, 따라서 고전압 공급원의 고전압 출력은 공정과 관련하여 규정되는 최소값과 최대값 사이의 부하에 따라서 변경된다.
고전압 공급원을 정전류 작동으로 작동시키기 위해 폐쇄 루프 시스템이 추가로 제공되는 본 발명의 제어 회로의 이 추가 발전에서, 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 고전압 출력을 검출하고,
- 고전압 공급원의 고전압 출력의 현재 주어진 값(레벨)이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 고전압 출력의 현재 주어진 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하면
대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계된다.
따라서 고전압 공급원의 고전압 출력이 직접적으로 또는 간접적으로 검출될 수 있다. 고전압 공급원의 고전압 출력의 본 명세서에서 바람직한 간접 검출은 예를 들어, 고전압 캐스케이드 연결부를 갖고 그 이차 코일에 정류기 및 커패시터가 연결된 변압기의 일차 또는 이차 코일에서의 라이브 전기 전압을 측정함으로써 계속될 수 있다.
고전압 공급원의 고전압 출력의 직접 검출은 고전압 공급원의 출력부에서 저항을 가로지르는 전압 강하를 측정함으로써 계속될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율"이라는 용어는 일반적으로, 정전 분사-코팅 장치의 조작자에 의해 바람직하게 수동으로 설정되는 기간 내의 고전압 출력의 평균 변화로서 이해되어야 한다.
고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율을 결정하기 위한 한정 가능한 기간은 정전 분사-코팅 장치 또는 정전 분사-코팅 장치와 연관된 제어 회로가 각각 특정한 개별 경우에 가능한 한 최적하게 적응될 수 있도록 바람직하게 용도 별로 선택되어야 한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 추가 양태는 고전압 공급원을 전압-제어식 작동으로 작동시키기 위한 개방 루프 시스템을 제공한다.
본 명세서에 사용되는 "전압-제어식 작동"이라는 용어는 고전압 공급원의 고전압 출력의 피드백이 전혀 없는 고전압 공급원의 작동으로 이해되어야 한다. 전압-제어식 작동에서, 고전압 공급원의 고전압 출력은 일반적으로 한정된 작동 전류로 설정된다. 그러나, 고전압 공급원의 고전압 출력은 제어 유닛에 의해 일정하게 유지되지 않으며, 고전압 공급원의 작동 전류 및 부하 응답의 함수로서 변경된다.
고전압 공급원을 전압-제어식 작동으로 작동시키기 위해 개방 루프 시스템이 제공되는 본 발명의 최근 거론된 양태에서, 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류를 검출하고,
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 값(레벨)이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하면
대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계된다.
전술한 양태에 대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 추가 양태는 고전압 공급원을 정전압 작동으로 작동시키기 위한 폐쇄 루프 시스템을 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 "정전압 작동"이라는 용어는 구체적으로 실제 고전압 출력 값의 직접 피드백을 갖는 작동으로 이해되어야 한다. 정전압 작동에서, 고전압 공급원의 설정된 고전압 출력은 고전압 공급원의 가변 작동 전류와 무관하게, 제어 유닛에 의해 고전압 공급원의 출력 한계까지 일정하게 유지된다.
고전압 공급원을 정전압 작동으로 작동시키기 위해 폐쇄 루프 시스템이 제공되는 본 실시예에서, 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 전류를 (간접적으로 또는 직접적으로) 검출하고,
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 값(레벨)이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
- 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하면
대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계된다.
고전압 공급원의 작동 전류 또는 각각 분사 전류는 예를 들어 고전압 공급원의 입력부에 공급되는 전류인 바; 즉 예를 들어 그 이차 코일에 연결된 고전압 공급원의 고전압 캐스케이드 연결부를 갖는 변압기의 일차 코일을 통해 흐르는 전류이다.
대안적으로, 고전압 공급원의 작동 전류, 또는 분사 전류 각각은, 또한 간접적으로 측정될 수 있으며, 예를 들어 변압기와 고전압 공급원의 고전압 캐스케이드 연결부 사이의 이차 코일에 흐르는 전류를 측정함으로써 측정될 수 있다.
그러나, 대안적으로, 분사 전류의 직접 측정도 고려될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 바람직하다.
본 발명의 제어 회로의 최근 두 개의 특정 실시예에서, 고전압 공급원의 작동 전류의 평균 변화율은 바람직하게 정전 분사-코팅 장치의 조작자에 의해 수동으로 설정되는 기간 내의 작동 전류의 평균 변화율에 해당된다. 이로 인해 제어 회로의 감도 및 반응 거동은 특정한 개별 경우에 맞게 조절될 수 있다.
전술한 실시예 모두가 공통적으로 갖는 것은 정전 분사-코팅 장치의 작동 도중의 라이브 고전압 부분과 접지된 부분 사이의, 특히 분사-코팅 장치의 대전 전극과 접지된 물체(코팅 대상물) 사이의 위험한 방전을 효과적으로 방지하는 것이다. 이는 고전압 공급원이 자동으로 분리됨으로써 달성되며, 그 결과 정전 분사-코팅 장치의 대전 전극이 제전된다.
이렇게 함으로써 정전 분사-코팅 장치의 정상 작동 중의 섬락(flashover)을 특히 효과적으로 방지할 수 있는데, 그 이유는 분사-코팅 장치의 대전 전극과 코팅 대상물 사이의 거리가 너무 작을 때 제어 회로의 분리 장치가 고전압 공급원을 자동으로 분리시키기 때문이다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 제어 회로는 고전압 공급원을 제어 회로의 분리 장치에 의한 원치 않는 자동 분리로부터 보호하기 위해 과도 보호 장치를 추가로 구비한다. 이것은 고전압 공급원의 활성화 시에 또는 고전압 공급원의 작동 시점을 변경할 때 특히 유리한데 그 이유는 이러한 경우에 고전압 공급원의 작동을 특징짓는 파라미터가 쉽게 오버슈트, 즉 임계 한계치를 상회 또는 하회할 수 있기 때문이다. 대응하는 과도 보호 장치의 제공은 분리 장치에 의한 고전압 공급원의 이러한 원치 않는 자동 분리를 효과적으로 억제한다.
이와 관련하여 고려할 수 있는 것은 예를 들어, 고전압 공급원이 활성화될 때 또는 고전압 공급원 작동 시점이 변경될 때 과도 보호 장치가 제어 회로의 분리 장치를 미리 한정된 또는 한정 가능한 기간 동안 비활성화시키도록 설계되는 것이다. 고전압 공급원의 설정된 작동 시점에 따라서 및/또는 정전 분사-코팅 장치의 용도에 따라서, 이 미리 한정된 또는 한정 가능한 기간은 바람직하게 0.25 내지 4초, 더 바람직하게 1 내지 2초에 달한다.
그러나, 다른 기간, 특히 정전 분사-코팅 장치의 조작자에 의해 수동으로 설정될 수 있는 기간도 고려될 수 있음은 물론이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 과전압 보호 장치가 고전압 공급원이 활성화된 후에 또는 고전압 공급원의 변경 시에 분리 장치에 대한 분리 신호의 출력 한계치를 초기에 비교적 둔감한 값으로부터 한계치의 미리 한정된 또는 한정 가능한 값으로 변경하도록 설계되는 것이 고려될 수 있다. 이것은 마찬가지로 고전압 공급원의 활성화 시에 또는 고전압 공급원의 작동 시점의 변경 시에 분리 장치가 고전압 공급원을 원치 않게 분리하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 과전압 보호 장치가, 고전압 공급원 작동의 하나 이상의 파라미터 특성이 소정 기간 동안 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회/하회할 때 분리 장치가 고전압 공급원을 자동으로 분리시킬 수 있게만 하도록 설계되는 것도 고려될 수 있다. 이 방법은 마찬가지로, 특히 고전압 공급원이 활성화되거나 고전압 공급원 작동 시점이 변경될 때 고전압 공급원 작동의 파라미터 특성의 오버슈팅을 효과적으로 억제한다.
본 발명은 전술한 형태의 제어 회로에만 국한되지 않고, 또한 추가 양태에 따르면 대상물을 코팅 재료, 특히 코팅 분말 또는 습식 페인트로 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 분사-코팅 장치에 관한 것이며, 상기 분사-코팅 장치는 고전압 공급원뿐 아니라 본 발명의 형태의 제어 회로를 갖는다. 따라서 고전압 공급원은 정전류 작동, 정전압 작동 또는 전압-제어식 작동으로 유리하게 작동될 수 있다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은 또한 대상물을 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 방법으로서, 코팅 재료(액체 또는 분말형)가 고전압 공급원에 연결된 대전 전극에 의해 정전기적으로 대전되고 코팅 대상물 쪽으로 분무화되는 정전 분사 코팅 방법에 관한 것이며, 이 방법에서의 고전압 공급원의 작동은 바람직하게 연속적으로 또는 미리 결정된 시기에 또는 미리 결정된 사건 때마다 각각 체크되고, 고전압 공급원은 고전압 공급원의 이상 작동 시에 자동으로 분리된다. 이 방법에서 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위해, 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터가 모니터링되고, 고전압 공급원 작동을 특징짓는 하나 이상의 파라미터가 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 하회할 때 대응 분리 신호가 분리 장치에 출력된다.
이하에서는 바람직한 예시적 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하는데 있어서 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정전 분사-코팅 장치의 예시적 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 분사-코팅 장치의 고전압/분사 전류 도시도이다.
도 1에 개략적으로 도시된 분사-코팅 장치는 코팅 대상물(도 1에 도시되지 않음) 상에 액체 형태 또는 바람직하게 분말 형태의 재료를 분사 코팅하기 위한 수동 또는 자동 분사 건을 포함한다. 따라서 코팅 대상물은 도전성 재료로 구성되고 접지 전위에 연결되는 것으로 가정된다. 자동 분사-코팅 장치에서, 코팅 대상물은 분사 건으로부터의 분사 스트림에 들어가기 위해 도시되지 않은 컨베이어 장치에 의해 분사 건을 지나서 운송될 수 있다.
분사 건에는 분사될 코팅 재료를 정전기적으로 대전시키기 위한 하나 이상의 대전 전극(고전압 전극)이 구비된다. 고전압 발생기는 상기 대전 전극에 1 kV 내지 150 kV 범위의, 바람직하게 둘 사이 값의 DC 고전압을 공급한다.
고전압 발생기는 통상적으로 낮은 교류 전압을 높은 교류 전압으로 단계적으로 올리기 위한 변압기, 및 통상적으로 다수의 정류기 및 커패시터를 가지며 교류 전압을 DC 고전압으로 변환하는 캐스케이드 회로를 포함할 수 있다.
낮은 교류 전압은 발진기에 의해 대전 전극의 고전압에 대한 제어 변수인 제어 전압의 함수로서 생성된다. 발진기는 고전압 발생기의 일부일 수 있으며, 분사 건 등에 통합된 발진기는 전체적으로 제어 유닛을 형성하는 제어 장치에 통합될 수도 있다.
제어 유닛은 가능한 각각의 최대 고전압 전극 값에 대한 가변적으로 조절 가능한 하나 이상의 고전압 한계치 및 하나 이상의 분사 전류 한계치가 예를 들어 고-레벨 컴퓨터와 같은 데이터 입력 스테이션으로부터의 데이터 전송에 의해, 또는 수동으로 예를 들어 키보드에 의해 입력되어 그 안에 저장될 수 있는 작동 파라미터 메모리를 포함한다. 상이한 작동 상황, 특히 상이한 코팅 대상물 및 상이한 분사 코팅 재료에 대한 복수의 이러한 값이 바람직하게 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 저장되는 값은 가변 고정 값일 수 없다.
작동 파라미터 메모리의 고전압 한계치는 고전압 제한 회로에 입력된다. 작동 파라미터 메모리로부터의 분사 전류 한계치는 분사 전류 제어기에 입력된다.
코팅 대상물로부터 지면으로 폐쇄되는 대전 전극의 분사 전류는 코팅 대상물의 접지측에서의 분사 전류 측정 회로에 의해 측정되며 마찬가지로 분사 전류 제어기에 실제 분사 전류 값으로서 입력된다. 분사 전류 제어기는 실제 분사 전류 값을 분사 전류 한계치과 비교하고, 분사 전류 제어기가 고전압 제한 회로에 전달하는 그 함수로서의 고전압 제어기 변수를 발생시킨다. 분사 전류 제어기는 바람직하게 PI(비례 적분) 제어기이다.
고전압 제한 회로는 고전압 한계치 및 고전압 제어기 변수의 함수로서 제어 전압을 발생시키며, 상기 전압은 직류 입력 전압의 형태로 발진기에 공급되고 대전 전극의 고전압을 위한 제어 변수이다. 고전압 제한 회로는 고전압 제어기 변수가 고전압 한계치 이상인 경우에 제어 전압의 직류 전압 값이 고전압 한계치과 동일한 것을 보장한다. 고전압 제한 회로는 추가로, 고전압 제어기 변수가 고전압 한계치보다 낮은 모든 경우에 제어 전압이 고전압 제어기 변수와 동일한 것을 보장한다.
도 2는 가로축에 분사 전류(마이크로암페어로 측정)를 도시하고 세로축에 대응 고전압(kV로 측정)을 도시한다. 최상위 특성은 표준 특성이다. 이것은 대전 전극과 코팅 대상물 사이의 거리가 공지된 메커니즘으로 감소할수록 대전 전극의 분사 전류는 상승하고 고전압은 떨어지는 것을 도시한다. 고전압은 대전 전극으로부터 코팅 대상물 또는 다른 도전성 물체의 가능한 최대 거리 또는 각각 무한 거리에서 그 최대값을 갖는다.
도 2에서의 중간 특성은 전류의 제한이 없어도 고전압 전극의 최대 DC 고전압이 최대값으로 제한되는 실시예에 관한 것이다.
도 2에서의 최하 특성은 분사 전류뿐 아니라 고전압이 각각 최대값으로 제한되는 전술한 본 발명 회로를 도시한다.
예를 들어 도 1에 개략 도시된 본 발명에 따른 분사-코팅 장치에는 특히 제어 회로(여기서는 예를 들어 제어 장치 소프트웨어의 형태로 제공될 수 있음)가 제공된다. 제어 회로는 제어 회로가 이상 작동을 검출할 때 분사 건과 연관된 고전압 공급이 자동으로 분리될 수 있게 한다.
이상 작동을 검출하기 위해, 제어 회로는 대전 전극에서의 분사 전류와 고전압 사이의 관계를 모니터링할 수 있다. 이 비율은 대전 전극과 접지된 물체 사이의 거리를 직접 반영한다. 제어 회로는 분사 전류/고전압 비율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하면 분리 장치에 의해 고전압 공급원을 자동으로 분리시킨다.
대안적으로, 시간에 따른 분사 전류/전압 비율의 변화율이 모니터링될 수 있다. 접지된 물체가 분사-코팅 장치의 대전 전극에 고속으로 접근하면, 제어 회로는 고전압 공급원을 자동으로 분리시킨다. 이 동적 작동은 원치 않는 자동 분리 위험을 최소화하므로 바람직하다.
분리 신호를 모방하기 위한 각각의 한계치는 바람직하게 분사-코팅 장치의 조작자에 의해 각각의 상황 및 적용에 수동으로 적응될 수 있다. 그러나, 이와 관련하여 상기 한계치가 버스 시스템, 특히 필드 버스 시스템을 통해서 제어 장치에 전달되는 것도 고려될 것이다.
도 1에 도시된 본 발명의 분사-코팅 장치의 예에서는 특히 고전압 공급원이 활성화되거나 고전압 공급원의 작동 시점이 변경될 때 고전압 공급원의 원치 않는 자동 분리를 방지하기 위해 바람직하게 소프트웨어 형태로 실현되는 과도 보호 장치가 추가로 제공된다. 고전압 공급원의 작동 특성인 파라미터는 특히 활성화 시에 오버슈트하는 경향이 있다는 사실 때문에, 고전압 공급원의 자동 분리를 촉발하는 한계치를 상회 또는 하회할 위험이 있다. 이와 관련하여 과도 보호 장치는 고전압 공급원이 활성화되거나 고전압 공급원의 작동 시점이 변경될 때 고전압 공급원의 자동 분리를 특히 1초 내지 2초의 미리 한정된 또는 한정 가능한 기간 동안 비활성화시키도록 설계되는 것이 고려될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 고전압 공급원의 자동 분리를 개시하는 한계치는 고전압 공급원의 활성화 시에 또는 작동 시점의 변경 시에 미리 한정된 또는 한정 가능한 값을 초기에 비교적 민감하지 않은 값에서 출발하여 점진적으로만 취하는 것이 고려될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 설명된 예시적 실시예에 한정되지 않으며, 오히려 본 명세서에 개시된 모든 특징을 통합 고려함으로써 나타난다.
A: 분사 건
B: 제어 회로를 구비한 제어 장치
C: 전류 공급 건
D: 유체 공급원
F: 유체 호스 마운트
G: 접지선
H: 유체 호스
J: 건에 대한 유체 공급
K: 접지선
L: 유체 제어기
X: 전류 공급 제어 장치
S1: 고전압 공급원의 최대 고전압 출력에서의 개방 루프 시스템
S2: 고전압 공급원의 80% 최대 고전압 출력에서의 개방 루프 시스템
S3: 정전압 작동 시의 폐쇄 루프 시스템 및 고전압 공급원
S4: 정전류 작동 시의 폐쇄 루프 시스템 및 고전압 공급원
S5: 작동 시점

Claims (14)

  1. 고전압 공급원을 갖는 정전 분사-코팅 장치를 스파크 방전으로부터 보호하기 위한 제어 회로이며,
    상기 제어 회로는 고전압 공급원을 자동으로 분리시키기 위한 분리 장치 및 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치를 포함하고, 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터를 모니터링하고 고전압 공급원의 작동을 특징짓는 하나 이상의 파라미터가 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 하회할 때 대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계되고,
    고전압 공급원을 정전류 작동으로 작동시키기 위해 폐쇄 루프 시스템이 추가로 제공되며, 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 고전압 출력을 검출하고,
    - 고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하면
    대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계되는, 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율은 한정 가능한 기간 내의 고전압 출력의 평균 변화에 해당되는, 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 고전압 출력을 검출하고,
    - 고전압 공급원의 고전압 출력의 현재 주어진 값이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하면
    대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계되는, 제어 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고전압 공급원을 전압-제어식 작동으로 작동시키기 위해 개방 루프 시스템이 추가로 제공되며, 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류를 검출하고,
    - 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 값이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
    - 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하면
    대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계되는, 제어 회로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고전압 공급원을 정전압 작동으로 작동시키기 위해 폐쇄 루프 시스템이 추가로 제공되며, 상기 고전압 공급원의 이상 작동을 검출하기 위한 장치는 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류를 검출하고,
    - 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 현재 주어진 값이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하고; 및/또는
    - 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회하면
    대응 분리 신호를 분리 장치에 출력하도록 설계되는, 제어 회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 고전압 공급원의 작동 전류 또는 분사 전류의 평균 변화율(d)은 한정 가능한 기간 내의 작동 전류의 평균 변화인, 제어 회로.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고전압 공급원을 제어 회로에 의한 원치 않는 자동 분리로부터 보호하기 위해 과도 보호 장치가 추가로 제공되는, 제어 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 과도 보호 장치는 고전압 공급원이 활성화되거나 고전압 공급원 작동 시점이 변경될 때 분리 장치를 미리 한정된 또는 한정 가능한 기간 동안 비활성화 시키도록 설계되는, 제어 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 미리 한정된 또는 한정 가능한 기간은 고전압 공급원의 설정된 작동 시점의 함수로서 선택되는, 제어 회로.
  10. 제7항에 있어서, 상기 과도 보호 장치는 고전압 공급원이 활성화된 후에 또는 고전압 공급원의 변경 시에 분리 장치에 대한 분리 신호의 출력 한계치를 초기에 비교적 둔감한 값으로부터 미리 한정된 값으로 변경하도록 설계되는, 제어 회로.
  11. 제7항에 있어서, 상기 과도 보호 장치는 고전압 공급원 작동의 하나 이상의 파라미터 특성이 소정 기간 동안 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 각각 하회할 때 분리 장치가 고전압 공급원을 자동으로 분리시킬 수 있게만 하도록 설계되는, 제어 회로.
  12. 대상물을 코팅 재료로 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 분사-코팅 장치이며,
    상기 분사-코팅 장치는
    - 고전압 공급원; 및
    - 제1항 또는 제2항에 따른 제어 회로를 포함하는, 분사-코팅 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고전압 공급원은 정전류 작동, 정전압 작동 또는 전압-제어식 작동으로 작동 가능한, 분사-코팅 장치.
  14. 대상물을 정전기적으로 분사 코팅하기 위한 방법이며,
    코팅 재료는 고전압 공급원에 연결된 대전 전극에 의해 정전기적으로 대전되고 코팅 대상물 쪽으로 분무화되며, 고전압 공급원의 작동 특성인 하나 이상의 파라미터가 모니터링되고, 고전압 공급원 작동의 하나 이상의 파라미터 특성이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 상회 또는 하회할 때 분리 신호가 분리 장치에 출력되며, 상기 분리 장치는 이후 고전압 공급원을 자동으로 분리시키고,
    고전압 공급원은 정전류 작동으로 작동되고, 고전압 공급원의 고전압 출력이 검출되고,
    - 고전압 공급원의 고전압 출력의 평균 변화율이 미리 한정된 또는 한정 가능한 한계치를 하회하면
    대응 분리 신호가 분리 장치에 출력되는, 정전 분사 코팅 방법.
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