Title:
Steuerschaltung zum Schutz gegen Funkenentladung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zum Schutz einer eine Hochspannungsversorgung aufweisenden elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gegen Funkenentladung. Die Steuerschaltung weist eine Abschalteinrichtung zum automatischen Abschalten der Hochspannungsversorgung und eine Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung auf. Die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ist ausgebildet, mindestens einen den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter zu überwachen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- oder unterschreitet.





Inventors:
Mauchle, Felix (Abtwil, CH)
Vasella, Mario (Sevelen, CH)
Application Number:
DE102015215402A
Publication Date:
02/16/2017
Filing Date:
08/12/2015
Assignee:
Gema Switzerland GmbH (St. Gallen, CH)
International Classes:
H02H7/00; H02H3/20; H02H3/08; B05B15/00; B05B5/00
Domestic Patent References:
DE3709510A1N/A1988-10-06
DE2414524A1N/A1974-10-10
DE2025081A1N/A1970-12-03
Foreign References:
88612282014-10-14
EP09497352002-07-17
Attorney, Agent or Firm:
Meissner Bolte Patentanwälte Rechtsanwälte Partnerschaft mbB, 86199, Augsburg, DE
Claims:
1. Steuerschaltung zum Schutz einer eine Hochspannungsversorgung aufweisenden elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gegen Funkenentladung, wobei die Steuerschaltung eine Abschalteinrichtung zum automatischen Abschalten der Hochspannungsversorgung und eine Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung aufweist, wobei die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgebildet ist, mindestens einen den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter zu überwachen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- oder unterschreitet.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1,
wobei ferner ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen ist zum Betreiben der Hochspannungsversorgung in einem stromkonstanten Betrieb, und wobei die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt ist, die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung zu erfassen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:
– ein momentaner Wert der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet; und/oder
– eine momentane Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet; und/oder
– eine mittlere Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die mittlere Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung die durchschnittliche Änderung der Ausgangs-Hochspannung in einem einstellbaren Zeitraum ist.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei ferner ein offenes Regelkreis-System vorgesehen ist zum Betreiben der Hochspannungsversorgung in einem spannungsgesteuerten Betrieb, und wobei die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt ist, den Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung oder den Sprühstrom zu erfassen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:
– ein momentaner Wert des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
– eine momentane Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
– eine mittlere Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet.

5. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei ferner ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen ist zum Betreiben der Hochspannungsversorgung in einem spannungskonstanten Betrieb, und wobei die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt ist, den Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung oder den Sprühstrom zu erfassen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:
– ein momentaner Wert des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
– eine momentane Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
– eine mittlere Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mittlere Änderungsrate d des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes die durchschnittliche Änderung des Betriebsstroms in einem einstellbaren Zeitraum ist.

7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ferner eine Transientschutzeinrichtung vorgesehen ist, zum Schutz der Hochspannungsversorgung gegen ein ungewolltes automatisches Abschalten durch die Abschalteinrichtung, insbesondere beim Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung.

8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, wobei die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, beim Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung die Abschalteinrichtung für eine vorabfestgelegte oder festlegbare Zeitperiode zu deaktivieren.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, wobei die vorabfestgelegte oder festlegbare Zeitperiode insbesondere in Abhängigkeit des eingestellten Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung gewählt ist und vorzugsweise zwischen 0,25 bis 4 Sekunden und noch bevorzugter zwischen 1 bis 2 Sekunden beträgt.

10. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, den Grenzwert für das Ausgeben eines Abschalt-Signals an die Abschalteinrichtung nach dem Einschalten der Hochspannungsversorgung oder einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung zu variieren und zwar von einem anfänglich relativ unsensiblen Wert auf den vorabfestgelegten Wert.

11. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, ein automatisches Abschalten der Hochspannungsversorgung durch die Abschalteinrichtung nur dann zuzulassen, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter für eine vorabfestgelegte Zeitperiode den entsprechend vorabfestgelegte oder festlegbaren Grenzwert über- bzw. unterschritten hat.

12. Sprühbeschichtungsvorrichtung zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenständen mit Beschichtungsmaterial, insbesondere Beschichtungspulver oder Nasslack, wobei die Sprühbeschichtungsvorrichtung Folgendes aufweist:
– eine Hochspannungsversorgung; und
– eine Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Sprühbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Hochspannungsversorgung wahlweise in einem stromkonstanten Betrieb, einem spannungskonstanten Betrieb oder einem spannungsgesteuertem Betrieb betreibbar ist.

14. Verfahren zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenständen, bei dem Beschichtungsmaterial mit Hilfe einer mit einer Hochspannungsversorgung verbundenen Auflade-Elektrode elektrostatisch aufgeladen und in Richtung eines zu beschichtenden Gegenstands zerstäubt wird, wobei mindestens ein den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierender Parameter überwacht und ein Abschalt-Signal an eine Abschalteinrichtung ausgegeben wird, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter einen vorabfestgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- oder unterschreitet, wobei die Abschalteinrichtung dann automatisch die Hochspannungsversorgung abschaltet.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft das Fachgebiet des elektrostatischen Beschichtens. Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung eine Schutzmaßnahme zur sicheren Anwendung elektrostatisch unterstützter Beschichtungsverfahren. Die Besonderheit des elektrostatischen Beschichtungsverfahrens liegt in der Anwendung von Hochspannung, die im Allgemeinen mehrere 10.000 Volt beträgt, und gleichzeitigem Erzeugen von explosionsfähigen Lösemittel/Dampf-Luftgemischen oder Staub-Luftgemischen.

Beim elektrostatischen Lackieren mit Flüssiglack wird das flüssige Beschichtungsmaterial in einen Nebel von Lacktröpfchen umgewandelt und mit Hilfe der Kräfte des elektrischen Feldes auf dem zu beschichtenden Gegenstand (Werkstück) niedergeschlagen. Hierfür werden die Tröpfchen mittels Hochspannung der Größenordnung von einigen zehn Kilovolt aufgeladen, so dass sie von dem geerdeten Gegenstand (Werkstück) angezogen werden. Das Beschichtungsmaterial kann entweder durch Druckluft, Flüssigkeitsdruck oder durch eine Kombination der genannten Verfahren und andere Zentrifugalkräfte versprüht werden.

Beim Verfahren der elektrostatischen Pulverbeschichtung wird das Beschichtungsmaterial (Beschichtungspulver) mit Hilfe eines Luftstromes von einem Pulverbehälter zu einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung hingeführt. Die durch die Sprühbeschichtungsvorrichtung strömenden Pulverteilchen werden mittels einer Hochspannung von einigen 10 kV, die im Allgemeinen von einer Hochspannungsversorgung geliefert wird, aufgeladen. Die aufgeladenen Pulverteilchen werden von dem zu beschichtenden, geerdeten Gegenstand (Werkstück) angezogen und auf diesem niedergeschlagen.

Beim elektrostatischen Beflocken werden kurzstapelige Fasern (Flock) aus einem Vorratsbehälter durch ein elektrisches Feld transportiert. Der Flock wird im elektrischen Feld ausgerichtet und auf mit Klebstoff beschichtete, geerdete Oberflächen des zu beschichtenden Gegenstands aufgebracht. Die Flock-Teilchen haben eine definierte Leitfähigkeit und werden von der elektrostatischen Flockvorrichtung mittels Hochspannung von einigen zehn Kilovolt aufgeladen, bilden Dipole und werden entsprechend der Kraft der Ladungen in Form einer Wolke von dem geerdeten Gegenstand (Werkstück) bzw. von der zu beflockenden Fläche angezogen und haften auf den mit Klebstoff versehenen Flächen.

Da bei den vorgenannten elektrostatischen Beschichtungsverfahren das zerstäubte Beschichtungsmaterial durch Hochspannung von einigen 10.000 Volt aufgeladen wird, ist beim elektrostatischen Beschichten besondere Aufmerksamkeit auf die Vermeidung einer Explosionsgefahr zu legen. Beim elektrostatischen Beschichten kann eine Explosion insbesondere entstehen, wenn die Konzentration von versprühten entzündbaren Beschichtungsstoffen in der Luft innerhalb der Explosionsgrenzen liegt, und wenn eine Zündquelle von ausreichender Energie für diese explosionsfähige Atmosphäre vorhanden ist. Diese Zündquelle kann insbesondere ein elektrischer Lichtbogen oder ein Funken sein.

Darüber hinaus ist besondere Aufmerksamkeit auf die elektrische Gefährdungen durch die beim elektrostatischen Beschichten zum Einsatz kommende Hochspannung von einigen 10.000 Volt zu legen. Ein elektrischer Schlag durch direktes oder indirektes Berühren beispielsweise einer Auflade-Elektrode der Sprühbeschichtungsvorrichtung, kann insbesondere durch Berühren der Auflade-Elektrode hervorgerufen werden.

Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst zuverlässig an den jeweiligen Anwendungsfall optimal anpassbare Steuerschaltung zum Schutz einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gegen Funkenentladung anzugeben. Bei den hierin berücksichtigten elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtungen handelt es sich insbesondere um solche Vorrichtungen, die zur elektrostatischen Aufladung des zu versprühenden Beschichtungsmaterials eine Hochspannungsversorgung aufweisen bzw. denen zum elektrostatischen Aufladen des zu versprühenden Beschichtungsmaterials eine entsprechende Hochspannungsversorgung zugeordnet ist. Bei dem zu versprühenden Beschichtungsmaterial handelt es sich insbesondere um flüssiges Beschichtungsmaterial (Nasslack) oder um pulverförmiges Beschichtungsmaterial (Beschichtungspulver). Denkbar allerdings ist es auch, dass die vorliegende Erfindung bei Sprühbeschichtungsvorrichtungen zum Einsatz kommt, mit denen kurzstapelige Fasern (Flock) auf mit Klebstoff beschichtete, geerdete Oberflächen eines zu beschichtenden Gegenstands versprüht werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine entsprechende elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung anzugeben, bei der wirksam im Betrieb eine Funkenentladung verhindert wird. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenständen angegeben werden.

Im Hinblick auf die Steuerschaltung wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerschaltung in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 11 angegeben sind.

Im Hinblick auf die Sprühbeschichtungsvorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12 und im Hinblick auf das Verfahren zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenstand, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 14 gelöst.

Demgemäß wird insbesondere eine Steuerschaltung zum Schutz einer eine Hochspannungsversorgung aufweisenden elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gegen Funkenentladung angegeben, wobei die Steuerschaltung eine Abschalteinrichtung zum automatischen Abschalten der Hochspannungsversorgung und eine Einrichtung zum Verfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung aufweist. Bei der Hochspannungsversorgung handelt es sich insbesondere um eine der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung zugeordneten Vorrichtung, die im Allgemeinen aus einem Niederspannungsteil, einem Hochspannungsgenerator, beispielsweise in Gestalt einer Hochspannungskaskade, und einer Auflade-Elektrode zum elektrostatischen Aufladen des zu versprühenden Beschichtungsmaterials (flüssig oder pulverförmig) besteht. Eine Hochspannungskaskade im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine elektrostatische Schaltung, die eine zugeführte Wechselspannung in eine relativ hohe Gleichspannung bis zu einigen 10.000 Volt umwandelt. Diese hohe Spannung wird durch Kaskadierung, d. h. mehrfache Hintereinanderschaltung der Greinacher-Schaltung erzielt. Die Kaskade liefert je nach Anzahl der Dioden und Kondensatoren eine theoretisch beliebig hohe Ausgangsspannung. Praktisch ist jedoch dadurch eine Grenze gesetzt, dass die Kodensatoren in Reihe geschaltet sind, wodurch mit wachsender Zahl von Kondensatoren die Kapazität immer kleiner wird. Dadurch bricht die Ausgangsspannung schließlich bereits bei minimaler Stromentnahme zusammen.

Die bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung zum Einsatz kommende Einrichtung zum Verfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ist ausgebildet, mindestens einen den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter – vorzugsweise kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten bzw. Ereignissen – zu überwachen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- bzw. unterschreitet und somit ein abnormaler Betrieb der Hochspannungsversorgung erfasst wird.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in einem abnormalen Betrieb der Hochspannungsversorgung diese vorzugsweise unmittelbar ausgeschaltet wird, so dass wirksam die elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung gegen Funkenentladung geschützt ist. Somit können im Betrieb der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung wirksam Gefährdungen durch Explosion und/oder elektrische Gefährdungen ausgeschlossen werden.

Bei den im Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parametern handelt es sich insbesondere um die Höhe (Betrag) der am Ausgang der Hochspannungsversorgung bereitgestellten Ausgangs-Hochspannung, um die Höhe (Betrag) des der Hochspannungsversorgung zugeführten Betriebsstroms und/oder um die Höhe (Betrag) des Sprühstroms von der Auflade-Elektrode der Sprühbeschichtungsvorrichtung zu dem zu beschichtenden Gegenstand.

Hierbei ist es denkbar, den der Hochspannungsversorgung zugeführten Betriebsstroms und/oder den Sprühstrom der Auflade-Elektrode zu dem zu beschichtenden Gegenstand entweder indirekt oder direkt zu erfassen bzw. zu messen.

Eine indirekte Messung des Sprühstroms kann beispielsweise darin bestehen, dass der Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung, d. h. der elektrische Strom, welcher durch eine Primärwicklung eines Transformators fließt, an dessen Sekundärwicklung eine Hochspannungs-Kaskadenschaltung mit Gleichrichtern und Kondensatoren angeschlossen ist, gemessen wird. Alternativ hierzu ist es aber auch denkbar, den Sprühstrom indirekt zu bestimmen und zwar in dem der in der Sekundärwicklung zwischen dem Transformator und einer Hochspannungs-Kaskadenschaltung fließender Strom gemessen wird. Der Sprühstrom kann beispielsweise indirekt über die an einem der Auflade-Elektrode vorgeschalteten elektrischen Widerstand abfallende Spannung gemessen werden.

Andererseits ist aber auch eine direkte Messung des Sprühstroms denkbar, um insbesondere unverfälschte Messergebnisse und eine schnelle Reaktion der Steuerschaltung auf Abweichungen zu ermöglichen. Hierzu ist es denkbar, beispielsweise eine Sprühstrommessschaltung im elektrischen Rückstromweg von dem zu beschichtenden Gegenstand zurück in die Hochspannungsversorgung bzw. die Steuerschaltung anzuordnen, um dort den Sprühstrom zu messen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ferner ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen, um die Hochspannungsversorgung der elektrischen Sprühbeschichtungsvorrichtung in einem stromkonstanten Betrieb zu betreiben. Unter dem hierin verwendeten Begriff „stromkonstanter Betrieb” ist ein Betrieb der Hochspannungsversorgung zu verstehen, bei welchem mit Hilfe des geschlossenen Regelkreis-Systems ein Ist-Wert des Hochspannungsstroms auf eine Regeleinrichtung direkt rückgeführt wird. Der Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung bzw. der Sprühstrom wird dadurch konstant gehalten, wobei die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung lastabhängig zwischen einem minimalen und einem maximalen prozesstechnisch definierten Wert variiert.

Bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung, bei welcher ferner ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen ist, um die Hochspannungsversorgung in einem stromkonstanten Betrieb zu betreiben, ist die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt, die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung zu erfassen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:

  • – ein momentaner Wert (Betrag) der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet; und/oder
  • – eine momentane Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet; und/oder
  • – eine mittlere Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet.

Die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung kann dabei direkt oder indirekt erfasst werden. Eine hierin bevorzugte indirekte Erfassung der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung kann beispielsweise derart erfolgen, dass die elektrische Spannung, welche an der Primär- oder Sekundärwicklung eines Transformators anliegt, an dessen Sekundärwicklung eine Hochspannungs-Kaskadenschaltung mit Gleichrichtern und Kondensatoren angeschlossen ist, gemessen wird.

Eine direkte Erfassung der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung kann erfolgen, indem am Ausgang der Hochspannungsversorgung die über einem Widerstand abfallende Spannung gemessen wird.

Unter dem hierin verwendeten Begriff „mittlere Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung” ist allgemein die durchschnittliche Änderung der Ausgangs-Hochspannung in einem vorzugsweise von dem Bediener der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung manuell einstellbaren Zeitraum zu verstehen.

Der einstellbare Zeitraum zum Bestimmen der mittleren Änderungsrate der Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung ist vorzugsweise anwendungsspezifisch zu wählen, um auf diese Weise die elektrostatische Sprühbeschichtungsvorrichtung bzw. die der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung zugeordnete Steuerschaltung an den Einzelfall möglichst optimal anzupassen.

Alternativ oder zusätzlich hierzu ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass ferner ein offenes Regelkreis-System vorgesehen ist, um die Hochspannungsversorgung in einem spannungsgesteuerten Betrieb zu betreiben.

Unter dem hierin verwendeten Begriff „spannungsgesteuerten Betrieb” ist ein Betrieb der Hochspannungsversorgung zu verstehen, bei welchem die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung nicht rückgeführt wird. Beim spannungsgesteuerten Betrieb wird die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung üblicherweise bei einem definierten Betriebsstrom eingestellt. Die Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung wird aber nicht durch eine Regeleinrichtung konstant gehalten, sie ändert sich in Abhängigkeit von dem Betriebsstrom und dem Lastverhalten der Hochspannungsversorgung.

Bei dem zuletzt genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein offenes Regelkreis-System vorgesehen ist, zum Betreiben der Hochspannungsversorgung in einem spannungsgesteuerten Betrieb, ist die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt, den Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung oder den Sprühstrom zu erfassen und ein entsprechendes Abschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:

  • – ein momentaner Wert (Betrag) des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
  • – eine momentane Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
  • – eine mittlere Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet.

Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor genannten Aspekten ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen, um die Hochspannungsversorgung in einem spannungskonstanten Betrieb zu betreiben.

Unter dem hierin verwendeten Begriff „spannungskonstanter Betrieb” ist insbesondere ein Betrieb der Hochspannungsversorgung mit direkter Rückführung des Ist-Wertes der Ausgangs-Hochspannung zu verstehen. Beim spannungskonstanten Betrieb wird die eingestellte Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung durch eine Regeleinrichtung, unabhängig vom variablen Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung, bis zur Leistungsgrenze der Hochspannungsversorgung konstant gehalten.

Bei dieser Ausführungsform, bei welcher ein geschlossenes Regelkreis-System vorgesehen ist zum Betreiben der Hochspannungsversorgung in einem spannungskonstanten Betrieb, ist die Einrichtung zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung ausgelegt, in Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung (indirekt oder direkt) zu erfassen und ein entsprechendes Aschalt-Signal an die Abschalteinrichtung auszugeben, wenn:

  • – ein momentaner Wert (Betrag) des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
  • – eine momentane Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet; und/oder
  • – eine mittlere Änderungsrate des Betriebsstromes der Hochspannungsversorgung oder des Sprühstromes einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert überschreitet.

Bei dem Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung bzw. dem Sprühstrom handelt es sich beispielsweise um den dem Eingang der Hochspannungsversorgung zugeführten Strom, d. h. beispielsweise der elektrische Strom, welcher durch eine Primärwicklung eines Transformators fließt, an dessen Sekundärwicklung eine Hochspannungs-Kaskadenschaltung der Hochspannungsversorgung angeschlossen ist.

Alternativ hierzu kann der Betriebsstrom der Hochspannungsversorgung bzw. der Sprühstrom auch indirekt gemessen werden, und zwar beispielsweise durch Messen eines in der Sekundärwicklung zwischen dem Transformator und einer Hochspannungs-Kaskadenschaltung der Hochspannungsversorgung fließenden Stroms.

Alternativ hierzu ist aber auch direkte Messung des Sprühstroms denkbar, was hierin bevorzugt ist.

Bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuerschaltung entspricht die mittlere Änderungsrate des Betriebsstroms der Hochspannungsversorgung die durchschnittliche Änderung des Betriebsstroms in einem vorzugsweise von dem Bediener der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung manuell einstellbaren Zeitraum. Auf diese Weise sind die Sensibilität und das Ansprechverhalten der Steuerschaltung anwendungsspezifisch einstellbar.

Sämtliche vorgenannte Ausführungsformen haben gemeinsam, dass beim Betrieb der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung wirksam verhindert wird, dass es zu gefährlichen Entladungen zwischen hochspannungsführenden und geerdeten Teilen kommt, insbesondere zwischen der Auflade-Elektrode der Sprühbeschichtungsvorrichtung und den geerdeten (zu beschichtenden) Gegenstand. Dies wird erreicht, in dem automatisch die Hochspannungsversorgung abgeschaltet wird, infolgedessen die Auflade-Elektrode der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung entladen wird.

Insbesondere kann auf diese Weise im Normalbetrieb der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung wirksam ein elektrischer Überschlag verhindert werden, da die Abschalteinrichtung der Steuerschaltung automatisch die Hochspannungsversorgung abschaltet, wenn der Abstand zwischen der Auflade-Elektrode der Sprühbeschichtungsvorrichtung und dem zu beschichtenden Gegenstand zu klein wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Steuerschaltung ferner mit einer Transientschutzeinrichtung versehen, um die Hochspannungsversorgung gegen ein ungewolltes automatisches Abschalten durch die Abschalteinrichtung der Steuerschaltung zu schützen. Dies ist insbesondere beim Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung von Vorteil, da in solchen Fällen leicht die dem Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter überschwingen, d. h. den kritischen Grenzwert über- bzw. unterschreiten. Durch das vorsehen einer entsprechenden Transientschutzeinrichtung wird solch ein ungewolltes, automatisches Abschalten der Hochspannungsversorgung durch die Abschalteinrichtung wirksam unterdrückt.

Denkbar in diesem Zusammenhang ist es beispielsweise, dass die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, beim Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung die Abschalteinrichtung der Steuerschaltung für eine vorab festgelegte oder festlegbare Zeitperiode zu deaktivieren. Je nach eingestelltem Betriebspunkt der Hochspannungsversorgung und/oder je nach Anwendung der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung beträgt diese vorab festgelegte oder festlegbare Zeitperiode vorzugsweise 0,25 bis 4 Sekunden und noch bevorzugter 1 bis 2 Sekunden.

Selbstverständlich sind hier aber auch andere Zeitperioden denkbar, insbesondere Zeitperioden, die von dem Bediener der elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung manuell einstellbar sind.

Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, dass die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, nach dem Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung den Grenzwert für das Ausgeben eines Abschalt-Signals an die Abschalteinrichtung zu variieren, und zwar von einem anfänglich relativ unsensiblen Wert auf den vorab festgelegten oder festlegbaren Wert des Grenzwerts. Dies ermöglicht es ebenfalls, dass wirksam verhindert wird, dass beim Einschaltvorgang oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung diese ungewollt durch die Abschalteinrichtung abgeschaltet wird.

Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es ferner denkbar, wenn die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, ein automatisches Abschalten der Hochspannungsversorgung durch die Abschalteinrichtung nur dann zuzulassen, wenn der mindestens eine der im Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierende Parameter für eine vorab festgelegte Zeitperiode den entsprechenden vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- bzw. unterschritten hat. Mit dieser Maßnahme werden ebenfalls wirksam Überschwingungen des dem Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameters insbesondere beim Einschaltvorgang der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunktes der Hochspannungsversorgung unterdrückt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf eine Steuerschaltung der zuvor beschriebenen Art beschränkt, sondern betrifft gemäß einem weiteren Aspekt auch eine Sprühbeschichtungsvorrichtung zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenständen mit Beschichtungsmaterial, insbesondere Beschichtungspulver oder Nasslack, wobei die Sprühbeschichtungsvorrichtung eine Hochspannungsversorgung sowie eine Steuerschaltung der erfindungsgemäßen Art aufweist. In vorteilhafterweise ist dabei die Hochspannungsversorgung wahlweise in einem stromkonstanten Betrieb, in einem spannungskonstanten Betrieb oder in einem spannungsgesteuerten Betrieb betreibbar.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ferner ein Verfahren zum elektrostatischen Sprühbeschichten von Gegenständen, bei dem Beschichtungsmaterial (flüssig oder pulverförmig) mithilfe einer mit einer Hochspannungsversorgung verbundenen Auflade-Elektrode elektrostatisch aufgeladen und in Richtung eines zu beschichtenden Gegenstands zerstäubt wird, wobei bei diesem Verfahren vorzugsweise kontinuierlich oder zur vorgegebenen Zeit bzw. Ereignissen der Betrieb der Hochspannungsversorgung geprüft wird, und wobei bei einem abnormalen Betrieb der Hochspannungsversorgung automatisch die Hochspannungsversorgung abgeschaltet wird. Bei diesem Verfahren wird zum Erfassen eines abnormalen Betriebs der Hochspannungsversorgung mindestens ein der im Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierender Parameter überwacht und ein entsprechendes Abschalt-Signal an einer Abschalteinrichtung ausgegeben, wenn der mindestens eine den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert über- oder unterschreitet.

Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

1: schematisch eine exemplarische Ausführungsform einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung; und

2: ein Hochspannungs-Sprühstrom-Diagramm der Sprühbeschichtungsvorrichtung gemäß 1.

Die in 1 schematisch gezeigte Sprühbeschichtungsvorrichtung weist eine manuelle oder automatische Sprühpistole zum Besprühen von Beschichtungsmaterial in Form von Flüssigkeit oder vorzugsweise Pulver auf einen zu beschichtenden Gegenstand (nicht in 1 dargestellt). Dabei wird angenommen, dass der zu beschichtende Gegenstand aus einem elektrisch leitenden Material besteht und an Erdpotenzial angeschlossen ist. Die zu beschichtenden Gegenstände können bei automatischen Sprühbeschichtungsvorrichtungen durch eine nicht gezeigte Fördervorrichtung an der Sprühpistole vorbei transportiert werden, so dass sie dadurch in den Sprühstrahl der Sprühpistole gelangen.

Die Sprühpistole ist mit mindestens einer Auflade-Elektrode (Hochspannungselektrode) zum elektrostatischen Aufladen des zu versprühenden Beschichtungsmaterials versehen. Diese Auflade-Elektrode wird von einem Hochspannungserzeuger mit Gleichstrom-Hochspannung im Bereich zwischen 1 kV und 150 kV, vorzugsweise einen dazwischen liegenden Wert, versorgt.

Der Hochspannungserzeuger kann in bekannter Weise einen Transformator zum Hochtransformieren einer niedrigen Wechselspannung in eine höhere Wechselspannung und eine Kaskadenschaltung enthalten, welche in bekannter Weise eine Vielzahl von Gleichrichtern und Kondensatoren enthält und die Wechselspannung in die Gleichstrom-Hochspannung umwandelt.

Die niedrige Wechselspannung wird von einem Oszillator in Abhängigkeit von einer Steuerspannung erzeugt, welcher eine Stellgröße für die Hochspannung der Auflade-Elektrode ist. Der Oszillator kann ein Teil des Hochspannungserzeugers sein und als solcher in der Sprühpistole integriert sein, oder aber auch in einem Steuergerät integriert sein, welches insgesamt eine Regeleinrichtung bildet.

Die Regeleinrichtung enthält einen Betriebsparameter-Speicher, welchem über einen Datentransferweg von einer Dateneingabestation, beispielsweise einem übergeordneten Rechner oder manuell, z. B. über eine Tastatur, variabel einstellbar mindestens ein Hochspannungsbegrenzungswert und mindestens ein Sprühstrombegrenzungswert je für den maximalen erreichbaren Wert an der Hochspannungselektrode eingebbar und darin speicherbar sind. Vorzugsweise sind mehrere solcher Werte für verschiedene Betriebssituationen, insbesondere für verschiedene zu beschichtende Objekte und verschiedene Sprühbeschichtungsmaterialien speicherbar. Die gespeicherten Werte können bei einer anderen Ausführungsform nicht verstellbare Festwerte sein.

Der Hochspannungsbegrenzungswert wird von dem Betriebsparameter-Speicher in eine Hochspannungsbegrenzungsschaltung eingegeben. Der Sprühstrombegrenzungswert wird von dem Betriebsparameter-Speicher in einen Sprühstromregler eingegeben.

Der von einem zu beschichtenden Gegenstand auf Erde schließende Sprühstrom der Auflade-Elektrode wird von einer Sprühstrommessschaltung auf der mit Erde verbundenen Seite des zu beschichtenden Gegenstands gemessen und als Sprühstrom-Istwert ebenfalls in den Sprühstromregler eingegeben. Der Sprühstromregler vergleicht den Sprühstrom-Istwert mit dem Sprühstrombegrenzungswert und erzeugt in Abhängigkeit hiervon eine Hochspannungs-Reglergröße, welche von dem Sprühstromregler an die Hochspannungsbegrenzungsschaltung gegeben wird. Der Sprühstromregler ist vorzugsweise ein P-I-Regler (Proportional-Integral-Regler).

Die Hochspannungsbegrenzungsschaltung erzeugt in Abhängigkeit von dem Hochspannungsbegrenzungswert und der Hochspannungs-Reglergröße die Steuerspannung, welche in Form einer Gleichstrom-Eingangsspannung dem Oszillator zugeführt wird und die Stellgröße für die Hochspannung der Auflade-Elektrode ist. Die Hochspannungsbegrenzungsschaltung bewirkt, dass für den Fall, dass die Hochspannungs-Reglergröße größer oder gleich dem Hochspannungsbegrenzungswert ist, der Gleichspannungswert der Steuerspannung gleich dem Hochspannungsbegrenzungswert ist. Ferner bewirkt die Hochspannungsbegrenzungsschaltung, dass in allen den Fällen, wo die Hochspannungs-Reglergröße kleiner als der Hochspannungsbegrenzungswert ist, die Steuerspannung gleich der Hochspannungs-Reglergröße ist.

2 zeigt auf der horizontalen Achse den Sprühstrom (gemessen in Mikroampere) und auf der vertikalen Achse die korrespondierende Hochspannung (gemessen in kV). Die oberste Kennlinie ist eine Standart-Kennlinie. Sie zeigt, die bei bekannten Einrichtungen mit kleiner werdendem Abstand zwischen der Auflade-Elektrode und einem zu beschichtenden Gegenstand der Sprühstrom der Auflade-Elektrode ansteigt und gleichzeitig die Hochspannung abfällt. Die Hochspannung hat ihren maximal Wert bei größt möglichem Abstand bzw. unendlich großem Abstand des zu beschichtenden Gegenstands oder eines anderen elektrisch leitenden Gegenstands von der Auflade-Elektrode.

Die mittlere Kurve in 2 betrifft eine Ausführungsform, bei welcher die maximale Gleichstrom-Hochspannung der Hochspannungselektrode auf einen Maximalwert begrenzt ist, jedoch keine Strombegrenzung vorgenommen wurde.

Die unterste Kurve in 2 ergibt sich mit der vorstehend beschriebenen Schaltung nach der Erfindung, bei welcher sowohl der Sprühstrom als auch die Hochspannung je auf einen Maximalwert begrenzt sind.

Die erfindungsgemäße Sprühbeschichtungsvorrichtung, wie sie beispielsweise in 1 schematisch dargestellt ist, ist insbesondere mit einer Steuerschaltung versehen (der hier beispielsweise in Gestalt von Software der Steuereinrichtung hinterlegt sein kann). Diese Steuerschaltung ermöglicht es, dass automatisch die der Sprühpistole zugeordnete Hochspannungsversorgung abgeschaltet wird, wenn mit Hilfe der Steuerschaltung ein abnormaler Betrieb erfasst wird.

Zum Erfassen eines abnormalen Betriebs kann mit Hilfe der Steuerschaltung das Verhältnis zwischen dem Sprühstrom und der Hochspannung an der Auflade-Elektrode überwacht werden. Dieses Verhältnis spiegelt unmittelbar den Abstand zwischen der Auflade-Elektrode zu einem geerdeten Gegenstand dar. Die Steuerschaltung schaltet mit Hilfe einer Ausschalteinrichtung automatisch die Hochspannungsversorgung ab, sobald das Verhältnis aus Sprühstrom und Hochspannung einen vorab festgelegten oder festlegbaren Grenzwert unterschreitet.

Alternativ hierzu wird die zeitliche Änderungsrate des Verhältnisses zwischen dem Sprühstrom und der Spannung überwacht. Wenn sich ein geerdeter Gegenstand der Auflade-Elektrode der Sprühbeschichtungsvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit nähert, schaltet die Steuerschaltung automatisch die Hochspannungsversorgung ab. Dieser dynamische Betrieb ist bevorzugt, da so die Gefahr eines ungewollten automatischen Abschaltens minimiert wird.

Vorzugsweise sind die entsprechenden Grenzwerte, bei denen ein Abschalt-Signal imitiert wird, von dem Bediener der Sprühbeschichtungsvorrichtung manuell und an die jeweiligen Begebenheiten und Anwendungen anpassbar. Denkbar in diesem Zusammenhang wäre es aber auch, dass diese Grenzwerte über ein Bussystem, insbesondere Feldbussystem, an die Steuereinrichtung übermittelt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Sprühbeschichtungsvorrichtung, wie sie exemplarisch in 1 dargestellt ist, ist ferner eine vorzugsweise in Gestalt von Software ausgeführte Transientschutzeinrichtung vorgesehen, um insbesondere beim Einschalten der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung ein ungewolltes automatisches Abschalten der Hochspannungsversorgung zu verhindern. Denn gerade beim Einschaltvorgang ist nicht auszuschließen, dass die den Betrieb der Hochspannungsversorgung charakterisierenden Parameter zum Überschwingen neigen, so dass die Gefahr besteht, dass der das automatische Abschalten der Hochspannungsversorgung triggernde Grenzwert über- bzw. unterschritten wird. Denkbar in diesem Zusammenhang ist es, das die Transientschutzeinrichtung ausgelegt ist, beim Einschaltvorgang der Hochspannungsversorgung oder bei einem Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung das automatische Abschalten der Hochspannungsversorgung für eine vorab festgelegte oder festlegbare Zeitperiode von insbesondere 1 bis 2 Sekunden deaktiviert.

Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, wenn die das automatische Abschalten der Hochspannungsversorgung initiierenden Grenzwerte beim Einschaltvorgang oder beim Abändern des Betriebspunkts der Hochspannungsversorgung erst sukzessiv den vorab festgelegten oder festlegbaren Wert annehmen, und zwar ausgehend von einem zunächst relativ unsensiblen Wert.

Die Erfindung ist nicht auf das mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebene exemplarische Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.

Bezugszeichenliste

  • A
    Sprühpistole
    B
    Steuereinrichtung mit Steuerschaltung
    C
    Stromversorgungpistole
    D
    Fluidquelle
    F
    Fluidschlauchhalterung
    G
    Erdleitung
    H
    Fluidschlauch
    J
    Fluidzufuhr zur Pistole
    K
    Erdleitung
    L
    Fluidregulator
    X
    Stromversorgungsteuereinrichtung
    S1
    offenes Regelkreis-System bei maximaler Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung
    S2
    offenes Regelkreis-System bei 80% der maximalen Ausgangs-Hochspannung der Hochspannungsversorgung
    S3
    geschlossenes Regelkreis-System und Hochspannungsversorgung im spannungskonstanten Betrieb
    S4
    geschlossenes Regelkreis-System und Hochspannungsversorgung im stromkonstanten Betrieb
    S5
    Betriebspunkt