NO167713B - Elektronisk hoeyspenningsgenerator for elektrostatiske sproeyteanordninger. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektronisk høyspenningsgenerator for elektrostatiske sprøyteanordninger som omfatter en ladeelektrode, som angitt i innledningen til krav 1.

Forskjellige utførelsesformer for denne type høyspennings-generatorer er tilgjengelig på markedet, der de enten utgjør en adskilt komponent som er forblindet med sprøytepistolen gjennom en høyspent kabel, eller på den annen side, der en transformator og høyspennlngskaskade er anbragt i pistolen og er koblet via en lavspentleder til en enhet som inneholder de øvrige komponenter i høyspenningsgeneratoren. Ved bygging av slike sprøytesystemer, blir de enkelte elektroniske komponenter, særlig en oscillator med en oscillasjonsfrekvens for klokkestyrlng av kraftforsterkeren, bygget slik at høy-spenningsgenereringen foregår med de lavest mulige effekttap, og da særlig slik at transformatoren virker optimalt tapsfri (resonansområdet). På tross av denne tilpasning på forhånd, oppstår det imidlertid betydelige effekttap ved den praktiske bruk av slike sprøytesystemer, særlig fordi tilpasningen på forhånd nødvendigvis bygger på faste verdier når det gjelder forblndelseslederen mellom høyspenningsgeneratoren eller høyspennlngsgenererlngsdelen og sprøytepistolen, såvel som når det gjelder belastningen. Dette gjelder imidlertid mer bestemt belastningen som er avhengig av avstanden mellom ladeelektroden og arbeidsstykket som skal sprøytes, typen av materiale som skal sprøytes og lignende som 1 praksis er utsatt for betydelige forandringer eller henholdsvis svingninger, særlig når det gjelder sprøytepistoler som holdes 1 hånden. Følgene av disse betydelige tap er ikke bare en lite effektiv drift, men krever også at det sørges for tilsvarende bortledning av varme, f.eks. ved seriemot-stander. I sprøytepistoler der transformatoren og høy-spennlngskaskaden er anbragt 1 pistolen, har man den ytterligere ulempe at man, for å unngå skade på grunn av overhetning, får begrensninger når det gjelder å gjøre disse komponenter små, noe som igjen fører til, særlig når det gjelder sprøytepistoler som holdes i hånden, at de hl ir forholdsvis store og tunge og dermed tungvinte å bruke.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er derfor å forbedre en elektrostatisk høyspenningsgenerator av den nevnte type som er beregnet for drift av elektrostatiske sprøyteanord-ninger slik at en automatisk tilpasning (eller balansering) foregår kontinuerlig under praktisk drift med det for øyet å redusere effekttapene til et minimum. Oppfyllelsen av denne hensikt oppnås ved hjelp av de trekk man finner i karakteristikken i krav 1.

Oppfinnelsen bygger på erkjennelsen om at effekttapene som finner sted i praksis 1 de tidligere kjente høyspenningsge-neratorer, spesielt skyldes det faktum at resonansområdet for transformatoren forskyver seg ved forandringer i belast-ningene, d.v.s. at transformatoren ikke lenger arbeider i det optimale effektområdet. For da å være istand til å foreta en frekvenstilpasning, må man ha muligheter til å kunne variere frekvensen for kraftforsterkeren som driver transformatorens primærside. En regulerbar frevensgenerator blir derfor anvendt i henhold til oppfinnelsen til klokke-styring av kraftforsterkeren, i stedet for standard os-cillatorer som svinger med en bestemt frekvens. Styringen av denne frekvens og dessuten styringen av den lavspente likestrømkllde, foregår da ved hjelp av en datamaskin som sammenhengende og, konstant foretar den optimale effektmessige tilpasning på grunnlag av en reguleringsalgoritme. Spenningen ved den lavspente likestrømkllde og dermed høyspenningen ved utgangen fra høyspenningskaskaden, blir dermed stilt inn og styrt i henhold til en foreskreven bestemt verdi, mens frekvensen for frekvensgeneratoren blir valgt for optimal effekt eller styrt av datamaskinen. Resultatet av dette er at man får en nesten tapsfri høy-spennlngsgenererlng under alle arbeidsbetingelser, der man på den ene side oppnår en energibesparelse og på den annen side en betydelig reduksjon i den varme som frembringes av de elektroniske komponenter, særlig transformatoren. Hvis man f.eks. betrakter de nevnte sprøytepistoler med innbygget transformator og kaskade, er det dermed mulig å gjøre disse komponenter meget små ved å anvende moderne elektronikk, slik at sprøytepistolen kan gjøres liten og lett 1 vekt, uten noen risiko for overhetning av de elektroniske komponenter.

I en ytterligere utførelsesform for oppfinnelsen, i henhold til krav 2, måles sprøytestrømmen, d.v.s. strømmen som flyter mellom ladeelektroden og arbeidsstykket som skal besprøytes, hvorved mikrodatamaskinen så holder spenningen hovedsaklig konstant opp til en på forhånd bestemt sprøyte-strømterskel på grunnlag av de målte sprøytestrømverdier, men reduserer spenningen når denne terskel blir nådd eller overskredet. Når pistolen nærmer seg arbeidsstykket, noe som fører til en økning i sprøytestrømmen, blir med andre ord spenningen først holdt på en hovedsaklig konstant verdi, mens spenningen reduseres etter en bestemt avstand (sprøytestrøm-terskelen) og faren for lysbuedannelse blir dermed unngått. Dermed kan arbeid fremdeles utføres uten faremomenter, selv innenfor terskeldlstansen, hvorved optimal tilpasning (minimum tap) fortsatt er sikret. Selv om såkalte nær-hetsbrytere allerede er beskrevet, f.eks. 1 europeisk patentansøkning 0 092 404, der spenningen reduseres når pistolen nærmer seg arbeidsstykket, er disse kjente kretser forholdsvis kompliserte og er neppe istand til å holde spenningen konstant før terskelen nås og de bidrar ikke til noen tilpasning av høyspenningsgeneratoren nøyaktig til de sterkt svingende arbeidsbetingelser i dette tilfelle. I tillegg til dette, vil målingen av sprøytestrømmen 1 henhold til krav 3 ifølge oppfinnelsen, resultere i en meget enkel, uproblematisk og allikevel nøyaktig målemetode.

I henhold til de øvrige underkrav, kan høyspenningsgenera-toren i henhold til oppfinnelsen bygges videre ut med valgte enheter, styrekomponenter, grensesnitt-enheter hvorved man får mange muligheter til lnngangsdata og avlesnlngsdata, samt til å foreskrive bestemte rekkefølger av arbeidstrinn og for tilslutning til andre sprøyteanordninger og/eller databehand-1ingsanordnlnger.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser et blokkdiagram for en utførelsesform for høyspenningsgeneratoren i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2A og 2B viser diagrammer som forklaring på styringen som er avhengig av sprøytestrømmen og

fig. 3A, 3B og 3C er skisser som forklarer avlesningsanord-ningen.

I blokkdiagrammet som er vist på tegningen, betegner henvisningstallet 10 en høyspenningstransformator hvis sekundærside er koblet til inngangen for en høyspennings-kaskade 11. Høyspenningsutgangen fra kaskaden 11 fører til en høyspenningselektrode (Ikke vist). Transformatoren 10, høyspenningskaskaden 11 og høyspenningselektroden er standard komponenter for kjente elektrostatiske sprøytepistoler med frembringelsen av høyspenning innbygget i pistolen.

Primærsiden av høyspenningstransformatoren 10 mates gjennom en matekabel fra en kraftforsterker 12, som på samme måte som de komponenter som skal omhandles i det følgende, ligger i avstand fra sprøytepistolen, fortrinnsvis i huset for en kobinert mate- og reguleringsenhet. Kraftforsterkeren 12 tilføres likespenning fra en regulerbar spenningskilde 13, f.eks. en klokkestyrt kraftenhet. Videre blir den nødvendige klokkefrekvens påtrykket kraftforsterkeren 12 av en frekvensgenerator 14, slik at generatoren 14 1 virkeligheten blir en likestrømstyrt, regulerbar frekvensgenerator, noe som er av spesiell betydning. Spenningen 13 og frekvensgeneratoren 14 er gjennom reguleringslinjer forbundet med en datamaskin 15 som sørger for styring (eller regulering) av de to komponentdeler. Datamaskinen 15 kan styres valgvls av et drlvelement 16 som omfatter et manuelt tastatur, såvel som en avlesnlngsanordnlng 16a for gjengivelse av interessante data. Videre blir datamaskinen 15 kontinuerlig tilført data om de hendelser som oppstår i høyspenningsgeneratoren, hvorved de respektive virkelige spenningsverdier kan måles av en logisk enhet 17 og de respektive virkelige strømverdler i primærsiden av transformatoren 10, måles med en logisk enhet 18 og bringes videre til datamaskinen 15 som informasJonsdata som skal ordnes. Kretsen for de to enheter 17, 18 slik den er koblet på tegningen, fører til en motstand 19 med en lav verdi. I tillegg blir datamaskinen 15 tilført informasjonsdata vedrørende verdien av sprøytestrømmen, det vil si strømmen mellom høyspenningselektroden og arbeidsstykket som er koblet til Jord, nemlig ved hjelp av kretsen 20. Kretsen 20 vil dermed kunne bestemme sprøytestrømmen på en slik måte at strømmen mellom den elektroniske jord som er antydet ved 21 og den egentlige jord 22 måles ved hjelp av en mellom-koplet motstand 23 med høy verdi. På denne måte vil sprøytestrømmen som er vanskelig å anslå ved direkte målinger, lett kunne fastslås meget nøyaktig. 24 henviser til et regulerlngselement for inngang-utgang, og det står i forbindelse med datamaskinen 15 og betjenlngsdeler i sprøytepistolen, f.eks. avtrekkerdelen for høyspenning, mating av materiale som skal sprøytes og tilførsel av trykkluft, og det styrer visse arbeidstrinn, f.eks. åpning av ventilen for sprøytemateriale bare etterat høyspenningen er koblet til og det angir feil under visse forhold. En standard overvåkende logisk krets 25 forestår overvåkningen av programstyringen fra datamaskinen 15. Henvisningstallene 26 og 27 viser sluttelig til grensesnittenheter, der enheten 26 er en grensesnlttdatamaskln til kombinasjon av data eller henholdsvis utveksling av instruksjoner (f.eks. styring av sprøytepistoler fra en sentral) og enheten 27 er et serie koplet grensesnitt som muliggjør tilkopling til høy-effektive datasystemer.

Høyspenningsgeneratoren arbeider som forklart i det følgende. Den som betjener utstyret stiller inn verdien for den ønskede høyspenning ved ladelektroden ved hjelp av tastaturet for drivelementet 16. Under hele sprøyteoperasjonen vil datamaskinen så regulere spenningen fra spenningskllden 13 og frekvensen fra frekvensgeneratoren 14, slik at den ønskede spenning på den ene side holdes konstant og slik at primær-strømmen i transformatoren 10 på den annen side holdes på den mest fordelaktige verdi (minimum) når det gjelder ar-beidsegenskapene. En optimal sprøyteeffekt (konstant høyspenning) og et minimalt effekttap (optimal tilpasning) blir dermed sikret uansett belastninger og svingninger i belastningen. I tillegg til innstillingen av den ønskede høyspenning ved ladeelektroden, blir dessuten en terskelverdi for sprøytingen også innført i datamaskinen ved hjelp av tastaturet. Når denne terskel blir nådd eller overskredet, noe som meddeles datamaskinen 15 ved hjelp av kretsen 20, vil datamaskinen 15 redusere spenningen fra spenningskllden 13 og dermed høyspenningen ved ladeelektroden, nemlig på en slik måte at sprøytestrømmen forblir hovedsaklig konstant. Fig. 2A viser karakteristikken for sprøytestrømmen lg, og fig. 3A viser karakteristikken for høyspenningen U ved ladeelektroden, der hver karakteristikk er gjengitt eventuelt som funksjon av ladeelektrodens avstand fra arbeidsstykket. Den stiplede vertikale linje angir terskelen for sprøytestrømmen eller henholdsvis for den kritiske avstand. Den regulering som fremgår av de to diagrammer muliggjør farefritt arbeid opp til minimumavstander mellom ladeelektrode og arbeids-stykke, hvorved reguleringen kan foregå slik at spenningen bryter fullstendig sammen like før ladeelektroden berører arbeidsstykket (berøringsbeskyttelse). Den effektmessige tilpasning vil derfor fortsatt foregå under dette "nær-arbeid", d.v.s. uten særlige effekttap og derfor heller ikke med særlig oppvarming av de elektroniske moduler under disse arbeidsbetingelser.

Forskjellige lnnstillings-og arbeidsdata kan gjengis for den som betjener utstyret på avlesningsenheten i drivelementet 16. Særlig kan man avlese den valgte spenning, den valgte terskel for sprøytestrømmen og verdien for sprøytestrømmen. En særlig elegant gjengivelse av disse tre verdier består av et lysende dlodebånd som kan kobles om, og som er vist på flg. 3A, 38 og 3C. Det lysende bånd som er betegnet med 30 på fig. 3A, gjengir da den høyspenning som er stilt inn, idet verdien av spenningen tilsvarer lengden av båndet 30. Denne avlesning vil således holde seg konstant under arbeidets gang, hvis ikke sprøytestrømmens terskel overskrides. De betingelser som er vist på fig. 3B, der den innstilte terskel for sprøytestrømmen er gjengitt, nemlig ved den ikke belyste diode som deler det lysende bånd 30 i to bånddeler 31, 32, kan oppnås ved en omkobling. Ved videre omkobling får man til slutt den tilstand som er vist på fig. 3C, der den egentlige sprøytestrøm gjengis. Bare en enkel lysdiode 33 er her tent for å gjengi sprøytestrømmen. Fordelen med denne gjengivelse består i at man bare har en lysdlodesats for gjengivelse av tre verdier, nemlig spenningen U, terskel-verdien SW og sprøytestrømmen lg.

På grunnlag av de data som finnes i datamaskinen, kan man få ut informasjoner som er av største viktighet for påvisning av feil og få informasjoner om feilen er en defekt i kaskaden, et brudd i en ledning etc. Videre kan både forskriftene såvel som erkjennelsen eller gjengivelsen av bestemte trinn og hendelser, fåes ved hjelp av inngangs-utgangsregulerings-enheten 24, f.eks. kan forskriften for sammenlåsning, (f.eks. at malingsventilen ikke åpnes før høyspenning er koplet til) eller angivelse av feil. Kombinasjoner av flere logiske trekk kan foregå ved hjelp av grensesnittkretsen 26 når det gjelder data eller utveksling av instruksjoner, f.eks. når fler sprøytepistoler skal styres fra en sentral eller der en overvåkningsanordning for jordkopling av arbeidsstykket skal tilsluttes, slik at høyspenningen automatisk koples ut ved mangelfull Jordkopling av arbeidsstykket. Når høy-spenningsgeneratoren skal anvendes i kombinasjon med høyeffektive datamaskiner, kan dette foregå ved hjelp av et seriekoplet grensesnitt 27. Man får omtrent ubegrensede muligheter for automnatiske sprøytesystemer med automatisk veksling av maling og lignende.

Programmering av datamaskinen er ikke noen del av foreliggende oppfinnelse, slik at det ikke er noen grunn til å forklare et eksempel på et program. Det skal bare nevnes at programmering er mulig av kommersielt tilgjengelige datamaskiner, der dette også skal innbefatte kombinasjon av en datamaskin og et datalager, idet et program av denne art kan innføres og resultere i at man uten vanskeligheter får den nevnte algoritmestyring.

Bare som et talleksempel kan man anta at likestrømskilden 13 avgir en likespenning på 25 volt med en likestrøm på 0,5 til 2A og at frekvensgeneratoren 14 avgir en klokkefrekvens på 26 kHz.

Claims (7)

1. Elektronisk høyspennings-generator for elektrostatiske sprøyteanordnlnger som omfatter en ladeelektrode, der sprøyteanordnlngene er dannet av en regulerbar, lavspent llkespennlngskllde (13), en frekvensklokkestyrt kraftforsterker (12) som omdanner likespennlngen til en vekselspen-nlng, en transformator (10) som transformerer den lavspente vekselspenning til en middels høy vekselspenning og en høyspent kaskade (11) som omdanner den middels høye vekselspenning til en høyspent likespenning, særlig for sprøytepistoler som holdes i hånden, der transformatoren og kaskaden er innbygget i pistolen, karakterisert ved at kraftforsterkeren (12) er klokkestyrt av en likespenningsstyrt, regulerbar frekvensgenerator (14), at den lavspente llkespennlngskllde (13) og frekvensgeneratoren (14) er styrt av en datamaskin (15) på en slik måte at transformatoren (10) arbeidsmessig blir optimalt tilpasset for alle spenninger som opptrer ved høyspenningsuttaket for kaskaden (11), d.v.s. at dens primærstrøm dermed holdes i det minimum det her gjelder og at de virkelige verdier for primærspenning og-strøm for transformatoren (10) kontinuerlig tilføres som informasjonsdata til datamaskinen (15) via kopllngsenheten eller logiske enheter (17, 18).

2. Høyspenningsgenerator som angitt i krav 1, karakterisert ved at en koplingsenhet eller logisk enhet (18) for måling av sprøytestrømmen mellom ladeelektroden og det jordkoblede arbeidsstykket som skal besprøytes, hvilken enhet (18) kontinuerlig tilfører de virkelige verdier for sprøytestrømmen til datamaskinen (15) som informasjonsdata, og at datamaskinen (15) styrer den lavspendte llkespennlngskllde (13) på en slik måte at høyspenningen ved ladeelektroden forblir stort sett konstant opp til en på forhånd bestemt sprøytestrømterskel og blir redusert når denne terskelverdi nås eller overskrides.

3. Høyspenningsgenerator som angitt i krav 2, karakterisert ved at koplingsenheten (18) måler strømmen mellom den elektroniske Jord (21) og jord (22) for å bestemme sprøytestrømmen.

4. Høyspenningsgenerator som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved et drivelement (16) forbundet med datamaskinen (15) og omfattende et tastatur og avlesningsenhet (16a).

5. Høyspenningsgenerator som angitt i krav 4, karakterisert ved at avlesningsenheten (16a) omfatter et lysende diodebåndbllde som kan omkobles.

6. Høyspenningsgenerator som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved et inngangs-ut-gangsstyreelement (24) som er tilsluttet datamaskinen (15), høyspenningstransformatoren (10) og betjeningselementene i sprøyteanordningen for styring av sprøyteforløpene.

7. Høyspenningsgenerator som angirr i et av kravene 1-6, karakterisert ved minst en grense-snlttkoplingsenhet (26, 27) til frembringelse av koplinger mellom interprosessorkoblinger eller serlekoblinger.