NO813886L - Elektrostatisk sproeytepistol - Google Patents

Description

Elektrostatisk sprøytepistol.

Elektrostatisk sprøytebelegging benyttes for . av-

setning av beleggmaterialer på et arbeidsstykke, og elektrostatisk sprøyting øker mengden av det belegg-

materiale som mottas på arbeidsstykket, ved hjelp av det elektrostatiske felt mellom sprøytepistolen og arbeids-

stykket. Dette elektrostatiske felt etableres ved eller i nærheten av forstøvningsutløpet fra sprøytepistolen,

hva enten dekkmaterialet forstøves pneumatisk eller hydrau-

lisk. Det elektrostatiske potensial blir normalt fremskaffet med en på vanlig måte generert.likestrømskilde på mellom 30 - 150 kV. Den mest vanlige arbeidsspenning for hånd-

opererte sprøytepistoler ligger i området 50 - 60 kV, slik at den vanligvis ønskede minimumsgradient av 5 kV/in, kan etableres mellom høyspenningsladningsområdet og den gjenstand som sprøytes med en normal 10 tommers avstand mellom pistol-hodet og arbeidsstykket. Det er beskrevet i US patentskrift 3 048 498, idet der.fremskaffes en likestrømsutgang med minimal vekselsstrømsrippel i utgangen, mindre enn 10% rippel.

Det er anerkjent at høyere ladningsspenninger

generelt øker den elektrostatiske tiltrekningskraft.

Evnen til å sprøyte en sylindrisk gjenstand jevnt fra en

eneste sidestilling, er et mål på "omhyIlings"-virkningen og gir et mål på størrelsen av elektrostatisk kraft og likespenning.

Ifølge kjent teknikk er der beskrevet tre grunnsysterner

for fremskaffelse av elektrostatisk spenning for elektro-

statisk sprøytebelegging av materiale. Det eldste går ut på bruken av en vanlig høyspenningstransformator som arbeider ved nettfrekvenser, f.eks. 60 Hz, som.tilføres en halv- eller helbølgelikeretter. Dette er en fast enhet og høyspenningsutgangen vanligvis 55 kV likespenning overføres ved hjelp av en koaksialkabel til sprøytepistolen.

Det annet kjente system er elektrogassdynamikksystemet,

hvor kraftforsyningsutgangen er fysisk mindre og har en meget lav effekt som utgjør ca. 5. kV "ved utgangén,.- '

hvilken spenning tilføres sprøytepistolen ved hjelp av en koaksialkabel, og denne spenning blir benyttet til fremskaffelse av en kumulativ oppladning av en supersonisk kolonne av alkoholladet luft, som ved utgangen skaffer et likespenningspotensial på 55 kV eller høyere, avhengig av mange variable faktorer. Dette system er vist i US patentskrift 3 651 354 og 3 791 579. i likhet med det første system krever det en separat kraftforsyning og elektrisk kabel fra kraftforsyningen til sprøytepistolen.

Det tredje kjente system er omtalt i US patentskrift

4 219 865 og utelater Ufullstendig en elektrisk kabelfor-bindelse med sprøytepistolen og benytter isteden miniatyri-serte komponenter inne i sprøytepistolen, med komponenter til å oppnå den høye spenning i seks trinn. Disse seks komponenter, innbefatter en generator, likeretter, oscillator, transformator og en spenningsmultiplikator. Turbinen er en luftdreven turbin som driver en generator som fremskaffer ca. 15 V, som blir likerettet og på sin side driver en oscillator som opererer ved ca. 20 kHz ved 12 volti Oscillatoren har en rektangelbølgeutgang som kan mulitipli-seres i en toroidtransformator, til en verdi på ca. 2 500 V. Denne spenning blir så multiplisert ved hjelp av en vanlig kaskade-halvbølge-spenningsmultiplikator med ca. 20 trinn for å fremskaffe1'en normal 50 - 55 kV utgang. Kaskade-multiplikatoren er en halvbølgelikeretter og dette oscillator/ multiplikator-system er konstruert for å fremskaffe den 55 kV høye spenning som en likespenning med en minimal rippelspenning eller topper, fordi den rektangelbølge-inngang som blir likerettet, resulterer i en i praksis konstant likespenningsutgang. Dette tredje system fremskaffer sprøytemalingsresultater som generelt er make til dem ved det annet kjente system, eller det system som er Vist i US-patentskrift 3 048 498.

Ved alle disse tre kjente systemer er hensikten en jevnt ladet malingspartikkel som er ladet ved eller over den jevne DC utgangsspenning som fremskaffes ved hjelp av systemet. Som det vil fremgå av omtalen av de kjente systemer, er det første og annet system beheftet med den brysomme elektriske kabel som kan være stiv og plass-krevende og kan hemme betjeningen av sprøytepistolen.

Det tredje system omfatter en temmelig innviklet rekkefølge av fem elektriske komponenter, dvs. generatoren, like-retteren, oscillatoren, toroidtransformatoren og tilhørende elektroniske reguleringsorganer som er nødvendige for omformingen av den enkle lave spenning på ca. 12 V vekselspenning til et styrt nivå som er tilstrekkelig høyt til å skaffe en minimal inngang til seriespenningsmultiplikatoren. Det er observert at den krets som nettopp er beskrevet, og som er nødvendig for omformingen av lav spenning og.lav frekvens,f.eks.250 Hz ved 12 V til høy frekvens og høyere spenning f.eks. 20 kHz ved 2500 V, blir utsatt for overheting og sammenbrudd av komponentene,

når de er miniatyrisert tilstrekkelig til å installeres i en håndpistol.

Dette tredje system er konstruert for et jevnt rektan--gelbølgeutsignal fra oscillatoren, slik at. signalet, når ..det føres gjennom seriespenningsmultiplikatoren, utgjør

et likespenningsutsignal som er fritt for store ripler eller spisser. Systemer av denne tredje type, som nylig er blitt produsert, har hatt en tendens til å feile alt for tidlig under konstant bruk til forskjell fra intermi-tent bruk.

Det problem som må løses går derfor ut på å konstruere en sprøytepistol som kan betjenes for hånd, og som har små lette komponenter, slik at sprøytepistolen ikke blir beheftet med å være forbundet ved hjelp av en elektrisk kabel til eventuelle ytre apparater, samtidig som der likevel skal etableres en høy spenning som gir sikkerhet for sprøytepistoloperatøren, og som har en høy "omhylnings"-virkning.

Problemet løses ved en elektrostatisk sprøytepistol . som omfatter i kombinasjon en håndbetjenbar ramme, en luft-

turbin som er opplagret i rammen og kan drives av en

ytre lufttilførsel med en omdreiningshastighet på ca.

60 000 o/min, en generator opplagret i rammen og direkte forbundet med turbinen for fremskaffelse av en vekselspenning av størrelsesorden 50 V ved ca. 1 000 Hz, en opp-transformator montert i rammen og forbundet med generatoren for omforming av generatorspenningen til en sekundærspenning av størrelsesorden 2 500 V, og en langkjedeserie-spenningsmultiplikator montert i rammen og forbundet med transformatoren for økning av spenningen fra denne

til en spenning av størrelsesorden 55 - 80 kV, idet kombinasjonen av transformatoren og kondensatorene etablerer en likespenningsutgang fra spenningsmultiplikatoren med en vekselspenningsrippel som er større enn 15 %.

Følgelig går en hensikt med oppfinnelsen ut på å skaffe en enklere sprøytepistol, som innbefatter komponenter med lengere levetid og er mindre utsatt for for tidlige feil.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å forenkle fremskaffelsen av en vekselspenning som er høy nok til å tjene som en nyttig innspenning til en seriespennings-muliplikator, som selv om den er konstruert til å passe de samme størrelses- og vektbegrensninger, som pistolen ifølge US-patentskrift 4 219 865 likevel utgjør en, enhet som unngår overhetnings- og effekttapsegenskapene hos den kjente oscillator- og toroidtransformatorkonstruksjon.

I den forbindelse skal det noteres, at en toroidtransformator har den iboende egenskap at den krever god varme-avledning for tilfredsstillende konstant driftoperasjon, fordi en vikling er snodd i toroidform over den annen vikling.

En annen hensikt går således ut på å forenkle omformingen av vekselstrømmens lavspenningsutgang fra en luftdreven turbingenerator til inngangen til en serie-spenningsmultiplikator.

En ytterligere hensikt ved oppfinnelsen går ut på å eliminere elektroniske krefter og de tilhørende varme-produksjonsproblemer hos flertallet av separate elektriske komponenter ved kjente systemer.

Enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er

å skaffe en sprøytepistol med en utgang på ca. 55 kV uten for høy spisspenning som kunne overskride spennings-normeringene for komponentene i seriespenningsmultiplikatoren.

Ennvidere er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å utnytte de tidligere ubehagelige spennings-topper i den endelige utgangsspenning, for å lade beleggpartiklene til det høyeste nivå av spissspenningene, f.eks. 70 - 80 kV, med et organ som fremskaffer en gjennomsnittlig likespenning på bare 50 - 55 kV.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en sprøytepistol.som kan holdes med hånden, og som kan ope-reres i området 50 - 55 kV,og har større "omhylnings"-"~virkning enn tidligere håndstyrte pistoler som opererer i samme spenningsområde.

Enda en annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe

en sprøytepistol som kan holdes med hånden, og som har " kondensatorer med betydelig lavere kapasitet enn dem som

er blitt benyttet i forbindelse med det tredje kjente system, for i betydelig grad å øke "omhylnings"-virkningen ved' sprøytebelegging av et arbeidsstykke.

Andre hensikter og en dypere forståelse av oppfinnelsen vil fremkomme ved lesning av den følgende beskrivelse og krav. i forbindelse med den vedføyde tegning.

Figur 1 er et lengderiss, for det meste i snitt,

av en sprøytepistol som omfatter den foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 er i større målestokk., et lengdesnitt gjennom

turbinen, generatoren og transformatoren ifølge oppfinnelsen.

Figur 3 er i større målestokk, et snitt tatt etter

linjen 3-3 på figur 1.

Figur 4 viser skjematisk strømløpskjemaet for kretsen

i pistolen.

Figur 5 er et oscilloskopdiagram som viser bølge-

form ifølge kjent teknikk.

Figur 6 er et oscilloskopdiagram som viser bølge-

formen ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Figurene på tegningen viser en sprøytepistol 10

som kan være av den luftløse eller hydrauliske forstøvnings-type, selv om den er illustrert som den type hvor forstøvning finner sted ved lufttrykk eller pneumatisk. Pistolen 10

kan være av den automatisk betjente type, men den er vist som den håndbetjenbare type av elektrostatisk sprøyte-

pistol, for sprøyting av maling-eller annet beleggmateriale. Sprøytepistolen innbefatter en hovedsaklig sylindrisk del. 11 av isolasjonsmateriale" med-høy. de-elektrisitetskonstant, forbundet med et håndtak 12 av pistolgripetypen, som i det. minste har et metallisk over-

trekk for jordingsformål. Det bakre parti av håndtaket 12 innbefatter et hovedsaklig sylindrisk kammer 13. som

går over i et mindre sylindrisk kammer 14 inne i sylinderen 11. En luftslange 15 er ved hjelp av et koblingsstykke 16

forbundet med bunnen av håndtaket 12 og denne slange 15

er forbundet med en ikke vist fjern kilde med trykkluft av hovedsaklig konstant trykk, som passende kan være en vanlig regulert trykkluftforsyning, f.eks. 48,265 N/cm<2>

med en strømningsmengde på minst 85 dm 3/min. Et metallisk overtrekk 17 på luftslangen 15 tjener som jordingsforbindelse for håndtaket 12 på pistolen 10.

En luftstrømsledning 20 inne i håndtaket er forbundet med luftinnløpsslangen 15 og luftstrømmen gjennom pistolen styres ved hjelp av en ventil 21 som styres ved hjelp av en avtrekker 22. For avtrekkeren er der anordnet et vern 27. Utløpssiden fra ventilen 21 fører-til-en ledning 23

som i sin tur fører til en manifold 24. Fra nevnte manifold' fører en langsgående ledning 25 i det nedre parti av sylinderen 11 komprimert luft til en kapselsammenstilling 26. -. Denne kapselsammenstilling.kan ha en kjent oppbygning,"f.eks. som vist i US patentskrift 3 6.45 .447 eller 3.843 052.

Luftstrømmen i den langsgående ledning 25 kan brukes i en luftløs pistol, som en lufttilførsel for vifteforming av den utsendte stråle av det forstøvede beleggmateriale, eller den kan brukes i en luftforstøvningspistol til å

lede en strøm av-komprimert luft til kapselsammenstillin-f gen 26 f or ..bruk i forbindelse med den vanlige luf tbevirkede forstøvning av det beleggmateriale som tilføres fra en fjern tilførselskilde og blir ført gjennom et belegg-materialeslange . 30.. Denne slange 30 får belegg- eller malingsmateriale er forbundet med et skjøtestykke 31- og " blir tilført, ved hjelp av en ledning.32gjennom en ventil 33 til den luftløse sprutespiss 34. Kapselsammenstillingen 26 kan innbefatte den kjente elektrode 35, som ved de om-talte patentskrifter..Ventilen 41 ved.det bakre parti av pistolen styrer luft for forstøvning av beléggmaterialet i en luftsprøytepistol, eller den kan styre vifteformen for beleggmaterialer•i-en-luftløs pistol, når en slik luft-assisterende modus blir brukt..

En patron 36 er anordnet inne i kamrene 13 og 14, og det er denne-patron som omformer lufttrykk til mekanisk be-vegelse og deretter til elektrisk energi med en passende høy spenning, gjennomsnittlig 50 - 55 kV. Denne patron innbefatter generelt fire hoveddeler: en luftturbin 37, en generator^38, en - transformator. 39 og en spenningsmultiplikator 40, det hele sammenholdt med ett ytre deksel 45. De første tre deler befinner seg inne i det utvidede kammer 13 og spenningsmultiplikatoren 40 befinner seg i det med mindre diameter anordnede sylindriske kammer 14 i pistoltønnen eller -sylinderen 11.

Når patronen 36 er riktig plasert inne i de sylindriske kamre 13 og 14, strømmer luft fra luftmanifolden 24 gjennom en manuell hjelpeventil 46 som ender ved en inndyse 42,

hvor den ledes hovedsakelig, tangensielt mot et turbinhjul 43 på luftturbinen 37._ Denne luftturbin er liten idet rotoren har en diameter på ca. 2,5 cm,, og under normal,. ■ -

drift ved lufttrykk på ca. 48,265 N/cm 2 er den i stand til

å rotere med en hastighet på ca. 60 000 o/min. Luft-

strømmen gjennom turbinen 37 føres ut . til atmosfæren gjennom en utblåsningsledning 44, og deretter gjennom en lyddemper 59.

Innløpsledningen er et skrått anordnet hull med

diameter ca. 0,9 mm som tillater tilstrekkelig luft til

å drive turbinrotoren og akselerere turbinen til de nød-vendige 60 000 o/min i løpet av ett sekund eller mindre.

På figur 2 er det-bedre vist hvordan luftturbinen -.-■ j 37 og generatoren 38 er bygget opp. Dekselhuset 48 har

en endevegg 49 og en fjernbar vegg 50, som bærer høyhastig-hetslagret 51. Akselen 52 er dreibart opplagret i nevnte lagre og turbinhjulet 4 3 er festet til akselen,"og en generatorrotor- 53 er også festet på den'samme aksel.

Rotoren utgjøres av en permanentmagnet som er tverr-magnitisert og kan være av 4-polet type eller være en

2-polet type som vist. Generatoren 38 innbefatter en magnetiserbar. stator.:54 med minst en-statorvikling 55 • ~ ~ L med ledninger 56 som er ført gjennom endeveggen 50.

Turbinhjulet 43 er en lettvektskonstiruksjon, f.eks. tildannet av en plasttype med stor.styrke, f.eks. delrin,

har en diameter på ca. 2,5 cm og en tykkelse på ca. 0,6 cm.

Det utgjør en lett enhet som har minimal treghet for

rask akselerasjon.- Turbinen 37"har et"luftutløp 44 som munner ut i utløpsmanifolden 58, hvorfra luften føres gjennom en perforert lyddemperskive 59 til atmosfæren.

Denne lyddemperskive kan avsette utløpsmanifolden 58 ved

hjelp av 0-ring 60, og lyddemperskiven kan være en skive av sintret keramikk eller porøst metall for å tillate utslippet av luft og virke som en lyddemper.

Transformatoren 39 er også vist på figur 2, og om-

fatter en passende magnetiserbar kjerne 64, f.eks. en

laminert stålkjerne av typen E-I, med en primærvikling 65 forbundet med.'generatorens statorvikling 55 og med en L-i opp-sekundæravvikling 66 som'ved denne foretrukne ut- '

utførelsesform har et forhåndstall på ca. 44:1.

Primær- og sekundærviklingen er viklet hver for seg på

en spoleholder 67, slik at ingen av dem er viklet på

toppen av den annen, hvilket skaffer/god varmeledning til kjernen. Generatorens rotor 53 er bare ca. 1,2 cm i dia-

meter og ca. 2 eller 2,5 cm lang, med henblikk på lavt treghetsmoment, og kombinasjonen av turbinrotor 4 3 og generatorrotor 53 vil derfor muliggjøre akselerasjon til full hastighet på-ca. 60 000 o/min i løpet av ca. ett sekund. Alselerasjonen til halv toppfart ved ca. 30 000

o/min gjøres unda på ca. etnhalvt-sekund.'"

På figur fire er der anskueliggjort seriespenningsmultiplikatoren, idet figuren skjematisk omfatter- - turbinen 37, generatoren 38 og transformatoren 39. Spenningsmultiplikatoren 40 er av serie- eller kaskade-halvbølgelikerettértypén med lang kjede--eller stigetype-multiplikator. Der kan benyttes fra 20 til 24 trinn,

idet hvert trinn innbefatter en kondensator og en diode.

Mer spesielt innbefatter spenningsmultiplikatoren en

første gren'69'Og enannen gren 70. Den første "gren"69 innbefatter en første kondensator 71 og ytterligere konden-....--satorer 73, 75 og 77. Den annen gren 70 innbefatter serieforbundne kondensatorer 72 og 74 og i det minste kondensator 76.Diodene 80 er forbundet i stigeformasjon mellom kondensatorenes forbindelser i hver gren, for å

danne den vanlige "seriespénningsmultiplikator.; En utgangs--klemme 84 overfører en høyspenning,fortrinnsvis en negativ spenning, gjennom en begrensningsmotstand 85 til elektroden i kapselsammenstillingen 26, for lading av malingspartiklene.

Virkemåte.

Når avtrekkeren 22 blir delvis trykket inn, åpner

først ventilen 21, og luften når frem til turbinen, for å

bringe generatoren.i bevegelse..Deretter, når avtrekkeren - er trykket helt inn, blir., måling levert ^gjennom, slangen ,30 fordi ventilen 33 blir'påvirket. Trykkluft tilføres". luftmanifolden 24 for å bli brukt'i pistolen av typen— med eller uten luft ved kapselsammenstillingen 26, og

også for å drive turbinen 37. Turbinhjulet 43 akselererer raskt til driftshastigheten på ca. 60 000 o/min i løpet av ett sekund og i forbindelse med en pistolkonstruksjon i henhold til oppfinnelsen ble denne akselerasjon utført i løpet av ca., et... halvt sekund. Det skyldes det meget lave treghetsmoment hos turbinhjulet 4 3 og generatorens rotor 53. Ved denne driftshastighet opererer generatoren med ca. 50 V, og med 60 000 o/min og en topolet generator er frekvensen 1 000 Hz. Denne utgangsspenning blir på sin side multiplisert .i opp-transformatoren 39 med et viklings-forhåndstall på ca. 50:1, for å fremskaffe ca. 2 500 V. Generatorutgangsspenningen. er-hovedsakelig_en Jsinusbølge, \ -:-; hvilket også er tilfelle med utgangsspenningen fra transformatoren 39, som tilføres spenningsmultiplikatoren 40.

Ved valget av en 1000-isyklusgenerator, dvs . " 60 000- o/min,

er det praktisk å konstruere en tilstrekkelig liten transformator for de fysiske størrelsesbegrensninger som gjelder for pistolen.

Spenningsmultiplikatoren innbefatter kondensatorer

71 - 77 som har mindre kapasitet enn dem som er benyttet

i pistolen ifølge US -patentskrifta "219 ,865. "Ved en slik

pistol hadde den første kondensator,f.eks. kondensatoren 71 en kapasitet på 3 300 pF og de øvrige kondensatorer

hadde i gjennomsnitt en kapasitet på 2 500 pF., og ved noen pistoler en; nedtrappende størrelse til ca;'2 200"pF

i de senere trinn.

Vanlig multiplikatorkonstruksjon krever at den første kondensator skal ha en vesentlig høyere kapasitet enn de følgende kondensatorer i kaskadesystemet, for å sikre tilfredsstillende regulering og minimal vekselstrømrippel,

og at hver av kondensatorene har tilstrekkelig kapasitet til å skaffe-tilstrekkelig strømlevering uten" ytterlig-?

gående spenningsfall når antallet av trinn økes.

Den foreliggende oppfinnelse utnyttef det motsatté av "" vanlig konstruksjon ved å bruke-kondensatorerjav" samme t -a--? . størrelse irålle trinn, nemlig ca. 1-500 - - 2 000" pF- kondensatorer i alle trinn av multiplikatoren, idet man anerkjenner at tendensen hos en "ukonvensjonell" multipli-

kator som er slik konstruert, vil skaffe tilstrekkelig mikroamperestyrke for elektrostatisk ladning av partiklene,

men ved tett tilnærmelse av organer til en jordet gjenstand vil spenningen avta raskt med strømøkning, noe som ut-

gjør en tilleggssikkerhetsfaktor i og med at en hvilken som helst tendens-til buedannelse fra. pistolelektroden mot jord blir redusert til et minimum ved den reduserte spenning.

I US patentskrift 4 219.865 er det.angitt at'der benyttes en oscillator, der. som utgangssignal har- enten en rektangulær. bølge eller, en,sinusbølge. Som en praktisk-foranstaltning

ble alle de pistoler som ble fremstilt ifølge ovennevnte patentskrift, gitt et'rektangelbølgeutgangssignal-.-- i " :.

Dette skyldtes at hos oscillatortransistorene alternativt

gikk i metning og således iboende oppnådde rektangelbølge-utgangssignalet. Det var ønskelig i henhold til den kjente teknikk, f ordi det-alltid ble ment at. man" burde1 minimere ■ likestrømsrippelen-i likestrømsutgangssignalet.ved kapselsammenstillingen 26. Søkeren, på den annen side, har opp-

daget at en rippel som overskrider 15% og fortrinnsvis i størrelsesorden 20 - 4 0% sammenkoblet med frekvensen for denne rippel på ca. 1000 -Kz, gir betydelig =f orbedrede resultater.. Disse forbedrede resultater tilkjennegir seg"*"— ved "omhylnings"- virkningen, hvor et sylindrisk arbeids-

stykke, som når det sprøytes fra en tversgående side, er funnet å bli jevnere dekket 360° rundt omkretsen med et minimum av oversprøyting på en flat overflate ca. 30 - 40 cm bak den sylindriske gjenstand.

I forbindelse med alle de tre kjente systemer som er

omtalt ovenfor, har hensikten vært. å.fremskaffe en jevnt" ladet malingspartikkel, som.er ladet ved eller omkring

den gjennomsnittlige likespenning som f remskaf f es " ved" " - ■ :'""/! hjelp av systemet."Det. første bg annet' kjente sy stem var syunw.

' beheftet med den uønskede elektriske kabel^loc-v-dettredje * -~ kjente system omfattet en meget kompleks.rekkefølge av

elektroniske komponenter som var utsatt for overoppvarming og for tidlige feil når det ble operert kontinuerlig.

Den foreliggende oppfinnelse har forenklet fremskaffelsen

av denne høyspennings-vekselstrøm som blir tilført spenningsmultiplikatoren 40, slik at den kan virke på en riktig måte for fremskaffelse av en gjennomsnittlig spenning på ca. 50 - 55 kV. Hva som er enda viktigere er at vekselstrømsspissene på rippelen tross denne gjennomsnittlige-likespenning-.utgjør ca, .70 kV, idet om-rådene mellom" toppene ligger på ca. 45 kV..Det foreliggende system som bare omfatter tre élektriske komponenter -i^ .. - - ,..x a. steden for fire som ved systemet ifølge US patentskrift 4 219 865,_oppviser stor enkelhet méd henblikk på fremskaffelsen av høy likespenning ved_ utgangselektrodene i pistolen.j

Tidligere kjente sprøytepistoler ble alle konstruert med henblikk på å eliminere disse høye spisspenninger fordi man mente at disse spisspenninger ville skaffe et util-fredsstillende sprøytemønster.v [.På f igur. 5 er der. vist et .. bølgeformet diagram for den negative spenning ved utgangs-elektroden hos en kjent pistol", nærmere-bestemt pistolen , ■'.. ifølge US patentskrift 4 219 865. Diagrammet viser en neglisjerbar rippelspenning i utgangssignalet. Utgangssignalet fra pistolen ifølge Ransburg skaffer.en lignende - bølgeform 87 uten noen påtagelig' rippel ; r-- Imidlertid har..i -., -t. „o søkeren funnet at den spesielle kombinasjon av elementer ifølge oppfinnelsen, har gitt en overlegen sprøytemale-virkning. Det elektrostatiske felt . som fremskaffes ved hjelp av pistolen, er et felt som er større enn normalt for standardutgangen på 50 - 55 kV. Dette skyldes tilsynelatende spisspenningene på ca. 70 - 80 kV i rippelen på likespenningsutgangen. Dette er bekreftet-ved hjelp.. av oscilloskopsobservasjoner, og på figur 6 er der vist

et bølgeformet -diagram av den - negative. ■ utgangsspennlng.:g:.;-i; j-.^-r^ fra en pistol-som er konstruert i henhold til den fore- r"-liggende oppfinnelse med en vekselstrømsrippelspenning '-på■ i 25 kV fra topp til topp relatert til den gjennomsnittlig

verdi på 55"kV i "...el ler" ca. ^40' - 45% ; rippel"

Det er funnet at den foreliggende oppfinnelse på en enestående måte utnytter de tidligere uønskede spennings-spisser til ladning av malingspartikler, eller i det minste en aksepterbar del av disse partikler til det høyeste nivå

for spisspenningene, f.eks. 70 - 80 kV, med en elektrisk krets som er i stand til å fremskaffe en likespennings—

utgang med en gjennomsnittlig spenning på ikke mer enn 50 - 55 kV.v:J. Resultatene"var fullstendig uventede og

"omhylnings"- virkningen er blitt betydelig øket, slik at malingsavsetningsvirkningen overskrider,. i. henhold til-

utførte prøver, et hvilket som helst håndoperert organ- .. som normaltdrives i området"55 - 55 kV, og sammenligner seg fordelaktig med virkningen hos automatiske systemer . med meget høy spenning, som ikke med sikkerhet kunne holdes i hånden.

Selv om den kvantitative forbedring som oppnåes

ifølge den foreliggende oppfinnelse, vil være åpenbar for fagfolk som bruker pistolen, så er det utført kvantitative målinger av åvsetningsvirkningen ved reelle sprøyteprøver:~

Testutstyret.innbefatter et rørformet"sprøytegitter . bestående av 24 entoms metallrør 42 tommer langt, montert vertikalt med tretoms senteravstand, med horisontale rør i toppen og bunnen for å skaffe stivhet til dette 42' x 72" gitter. Gitteret er elektrisk forbundet til jord... ;.. -; V.....

30 - 45 cm bak det rørformede gitter er der' plasert"

en solid bakplate parallelt med det rørformede gitter,

idet der på bakflaten er festet et ark av aluminiumfolie som også er jordet. Dette utgjør "oversprøyte-oppsamlings-målet".

En sprøytepistol som innbefatter forstøvning eller

er luftløs blir fastmontert vinkelrett på og tilnærmet

35 cm sideveis foran det-rørfdrmede gitter7 og pistol-leveringen blir innstilt på en forhåndsbestemt! strømnings---,--•- v * mengde, f.eks.100 cm 3 pr. minutt ved et fast trykk, f.eks.

<:>~ 8,27 N/cm 2 på materialtrykktanHen eller 552 N/cm 2. på en ,:

"luftløs" hydraulisk forstøvningspistol.

Sprøyepistolen kan være av den art som er omtalt i

US patentskrift 4 219 865 med en konvensjonell elektro-

statisk effektpatron som avpasser typisk 50 kV gjennom en 5 000 megaohm motstand for strømstyrker på 10 uA.

Pistolen kan være av den type som har luftforstøvning

eller være "luftløs". Prøvene innbefatter kvantitative sammenligninger av avsetningsvirkningen med pistolene ifølge ovennevnte patentskrift (med og uten luft) ved utskiftning av den elektrostatiske effektpatron ifølge oppfinnelsen med den elektrostatiske effektpatron i - ■ pistolene ifølge nevnte patentskrift, med forhåndsjustering av det gjennomsnittlige likespenningsutgangssignal ifølge- ~ oppfinnelsen til nøyaktig.overensstemmelse med hverandre for å sikre resultater av verdi (tilnærmet 50 kV).

Spesielt ble" det funnet at" f or en' ti-sékunders" prøve med luf tf ors tøvningspistol eller en f em- sekunders . prøve ..med "luftløs" pistol kan der oppnås gode elektrostatiske.; sprøytepåleggingsresultater, dvs. god "omhylnings"-

dekning av he-le; omkretserr av det' rørforméde gitter ,som ble utsatt for sprøytingen.... ,

En del av sprøytépartiklerie blir"ført ut over det rørformede gitter og fester seg på det solide mål bak gitteret. Dersom avsetningsvirkningen var 100% ville all malingen ha festet seg på gitteret og ingenting ville

avsatt seg på det jordede"<1>solide'mål"anbrdnet'.bak gitterets-For sammenligning av avsetningsvirkningen ifølge oppfinnelsen med en hvilken som helst kjent pistol, blir den "tapte oversprøytning" som avsetter seg på det solide mål, målt for.hver pistol under testbetingelser, idet strømningsgraden,sprøytematerialet, anvendt spenning og eventuelle andre relevante variable blir korrelert. Virkningsgraden-bes temmés;.ved måling av.'vektøkningen f or v--. ^ :l-aluminiumsfolien etter sprøyting og baking.av.folien.i v .-. •/. ••. <-:•;• i 20 min ved 191°C for fordampning "av" alle .oppløsnings-.; !.-midler...

En representativ 5-sekunderstest for vektøkningen

hos målet for "tapt oversprøytning" kan være ca. 3 gram med en kjent pistol, og ca. 2,3 gram med den samme pistol

utstyrt med effektpatronen i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Det er funnet at der kan opptre variasjoner med hensyn til fludiumtrykk, viskositet og lengde av sprøyteprøven, som likevel fremskaffer lignende prosent-'vise forbedringer hva angår avsetninsvirkningen. -

Den avstand som det solide mål er adskilt fra gitteret,"^'

kan redusere den tilsynelatende forbedring f ordi dersom avstanden er for liten,.nevnte mål vil skaffe en sterkere tiltrekning- for. partikler som beveger seg-raskt, og som har passert gjennom gitteret. Det er funnet at det solide mål ikke skulle være nærmere enn 3 0 cm fra gitteret for luf tf orstøvhingssprøy tning-7 " ogrcav 45. cm: f or "luftløse" sprøytepistoler ved sammenlignende prøver. Det solide mål vil når det er riktig jordet, ved disse avstands-

forhold tillate så å>si ingen oversprøytningstap, med unntak for det: solide mål. ■"' ' ; :'

Avsetningsvirkningen målt ved sammenligning av "tap-mål"-avsetning'utgjør ca. 25%'forbedring ved "" " pistoler ifølge den foreliggende oppfinnelse sammen-

lignet med utprøvde kjente elektrostatiske pistoler,

noe som utgjør en betydelig forbedring hva angår malings-forbruk, produks jonskostnader" og" f brurensningsstyring'.-""""'

Det skal gjøres oppmerksom på at de foranstående sammenligninger med organer ifølge kjent teknikk ble utført ved justering av den gjennomsnittlige pistolutgangs-spenning ifølge den foreliggende oppfinnelse ned til utgangsverdien for flere utprøvede kjente organer, og at oppfinnelsen, når denne utøves,.ved sin fulle 1000 cycler normale operasjon- under: fremskaffelse -av- tilnærmet" 60: kV-~~"

(12 yA) , blir"'-deh sammenlignende virkning betydelig

større enn båre" den lineære "økning i spenning, ' fordi ; --r"-^

vekselspenningrippelen øker på en ikkelineær måte med ~ T " ' økningen i "gjennomsnittlig utgahgsspenning. -

Det er å vente at elektrostatiske kjente pistoler

av forskjellig konstruksjon kan være mere eller mindre effektive med hensyn til avsetningskvalitet på grunn av andre faktorer, som f.eks. elektrodetappen ifølge US patentskrift 3. 169 882. En sammenligning mellom pistolen ifølge oppfinnelsen og en pistol ifølge ovennevnte patentskrift, med henblikk på avsetningsvirkning ble utført og pistolen ifølge oppfinnelsen skaffet en 33% virkningsforbedring, selv om den prøvede pistol i henhold til oppfinnelsen, nemlig av luftforstøvningstypen, ikke var utstyrt med den ovennevnte kjente elektrode....

Det er å vente at ytterligere og inngående prøver vil

fortsette, men resultatene til nå understøtter det forhold

at der ifølge oppfinnelsen fremskaffes et elektrostatisk felt med større integritet enn det erfaring hadde vist skulle kunne oppnåes for spesielle utgangsspenninger.

En funksjonsteori vedrørende det overlegne utbytte ved den foreliggende sprøytepistol,..går ut.-på. at malings-. partiklene når de passerer oppladningselektroden, nemlig punktet for maksimal spenning ved .enden av. pistolen,. vil ~ bli ladet ved spenningspotensialet for elektroden av-

hengig av tiden relatert til spenningspunktet for den

vekslende rippelspenning overlagret likespenningsut-

gangen. Slike malingspartikler kan derfor bli ladet. ved 50 - 70 kV, ved en gjennomsnittlig likespennings-

utgang på 55 kV.

Denne tilsynelatende ujevne ladning synes å øke omhylningsvirkningen fordi de mindre ladede partikler på .vanlig måte blir tiltrukket til sidene for gjenstanden,

innbefattet noe omhylning, og flere av de ladede partikler

som normalt ville passere gjenstanden,.returnerer nå til bakpartiet.eller sidene på gjenstanden på grunn av "den høyere elektrostatiske! ladningskraft • hospistolenspirt--L^-SU-,*»r ..--.-«■ overvinner den kinetiske .energi..hos de partikler som -cv; H?. beveger seg'..vekk-fra:-gjenstanden/ 3 og i-s om.-:-el-lers villeL gå %l ir-„„l;

til spille. Det er rimelig at den høyere spenning, som

fremskaffes ved hjelp av spissene i vekselsspennings-

rippelen og påtrykkes en betydelig del av malings-

partiklene, har fremskaffet en ny og fundamentalt for-

bedret elektrostatisk virkning ved hjelp av spisspennings-fenomener som alle andre tidligere kjente systemer.har forsøkt å undertrykke eller eliminere.

Den høyere driftsfrekvens ifølge US patentskrift

4.219 865 på ca.10 -50kH ksm være for høy for å tillate at spisspenningen lagrer partiklene og/eller rektangelbølge-avskjæringen begrenser disse spisspenninger til å.utelukke de betydelige resultater som oppnåes ifølge den foreliggende oppfinnelse. '

I sammendrag omfatter.det nye system en ide som støtter seg på utnyttelsen av vekselspenningsrippelen

som overskrider- 15%~'på! likespénningsutgangen for fremskaffelse av en mer effektiv ladning av malingspartiklene.

Ved denne fremgangsmåte får man også en økning i felt-intensiteten. I motsetning til dette baserte det. første ----- ....

kjente system seg på forholdsvis store høyspenningstrans-.... formatorer, slik at spenningsfordobléren blir begrenset til noen få trinn, likerettingen blir passe effektiv og rippelen redusert til et minimum. Dessuten blir der ifølge US patentskrift 4 219 865 på grunn av de små fysiske begrensninger ved anordningen av; én transformator' inne i '" '■ den håndholdte pistol, foreskrevet en meget liten toroidtransformator med en 2500 V sekundærside, hvor rippel-, virkningen blir gjort virkningsløs ved hjelp av høyfrekvens-oscillatoren, idet der fremskaffes en rektangelbølge ved utgangen for bedre likeretting av likestrøm i den lille effektpatron.

Det er den uventede og uvanlige virkning som går:.ut

på å fremskaffe en "overdreven" vekselstrømsrippél på.

.likespenningsutgangssignalet*- som' d betydelig-grad for- > ■ jT- •- • bedrer ladningsvirkningen : på. sprøy tepartiklene.;.' ~

?s--4 Dette oppnåes ved hjelp av",spenningsmuli:'t'iplikatoréhr:--:.~'.-l-'*.'.:".

som benytter kondensatorer som er mindre enn normale og derfor utgjør en multiplikator som har regulering under standard, og større rippel enn gjennomsnittet.

Videre etablerer sinusbølgeinngangssignalet fra transformatoren 39 til spenningsfordobleren, denne økede vekselspenningsrippel på likespenningsutgangssignalet.

Denne bruk av kondensatorer med mindre enn normal størrelse utgjør en utnyttelse av ueffektiv likeretting , og er i motsetning til læren ifølge tidligere kjente systemer.-

Ifølge kjent teknikk blir der foreslått bruken av

3000- 4000 pF kondensatorer i spenningsfordobleren, og søkeren har slått-fast at 1500 -<:>2000' pF for"den første kondensator 71 og*for. alle de øvrige kondensatorer i'■-'■ multiplikatoren bidrar til den større rippel i forhold til det kjente system -ifølge US-patentskrift"4 219 865.

På lignende måte har bruken av den alminnelige transformator ifølge den foreliggende oppfinnelse i steden for toroid-transformatoren ifølge US patentskrift -

4- -219'865.. og uten. den, deri beskrevne rektangelbølgebscillator fremskaffet betydelig; lavere strømutgang - og-høyere • veksel-".-spenningsrippel. Videre er den dårligere regulering, som skriver seg fra kondensatorer som er mindre enn standard, opphav til en lavere strømutgang når den elektriske utgang blir belastet i økende grad. Den betydelig lavere s trørne - .^.ir« utgang er et sikkerhetstrekk i tilfelle pistolen ufor-

varende blir beveget for tett mot en jordet gjenstand.

Den foreliggende oppfinnelse skaffer en elektro-

statisk sprøytepistol hvor generatoren 38 har en utgangsspenning som ligger i området 4 0 - 60 V. Videre har generatoren en utgangsfrekvens av størrelsesorden 800 -

1200 Hz. Denne spenning tilføres transformatoren 39 slik-

at denne får>en utgangsspenning av størrelsesordén

2000 - 3000-V.^ Denne • spenning - tilføres " spénhirigsmulltipli— katoren . soirr omfatter kondensatorer med størrelse mindre

enn normalt, slik at spenningsmultiplikatoren får en like---: spenningsutgang som ligger i området 45 - 70 kV med en

vekselspenningsrippel som overskrider 20%. I forbindelse med en pistol som er konstruert i hehold til oppfinnelsen, overskred denne vekselspenningsrippel det gjennomsnittlige likespenningsutgangssignal med mer enn 30%.

Det endelige resultat blir at det nye system frem-,

skaffer "omhylnings"- virkninger som kan sammenlignes med vanlige 75 -.- 125, kV systemer uten den fare å bruke høyere - likespenninger i et håndholdt system. Sikkerheten økes fordi enhver økning i strøm som skyldes en ulykkebasert eller uforvarende tilnærmelse for tett inntil en jordet

gjenstand resulterer i et brått fall i utgangsspenningen,

hvilket er et -resultat av den iboende"likeretterutgangs- = ••• v -r- =

ineffektivitet som med henblikk på den foreliggende opp-finnelses hensikt er sterkt ønskelig.

Denne foreliggende fremstilling innbefatter det som... inneholdes i de vedføydde krav, såvel det som fremgår av den foregående beskrivelse. Selv om den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i lys av en foretrukkeh utførelsesform med en viss grad av særtrekk, så skal • •-■ det forståes.at den foreliggende fremstilling av den foretrukne utførelsesform bare er ment som et eksempel,"

og at der kan utføres tallrike endringer ved detaljene av kretsen og kombinasjonen og sammenstillingen av krets-elementene, uten at man derved går ut over oppfinnelsens ide og ramme "som'definert i kravene'. - ' "

Claims (12)

1. Elektrostatisk sprøytepistol, omfattende i kombinasjon: en håndtjenbar ramme, en luftturbin som er opplagret i rammen og kan drives av en ytre lufttilførsel med en omdreiningshastighet på 60000 o/min, en generator opplagret i rammen og direkte forbundet med turbinen for fremskaffelse av en vekselspenning av størrelsesorden 50 V ved ca. 1000 Hz, en opp-transformator montert i rammen og forbundet méd generatoren.for omforming av generatorspenningen til en sekundær spenning av størrelsesorden 2500 V> og ~ iro - v, ■ en langkjedeserie-. spenningsmultiplikator montert i" " rammen og forbundet med transformatoren for økning av spenningen fra denne 'til en spenning?av størrelsesorden 45 - 70 kV,- idet kombinasjonen av transformatoren og kondensatorene etablerer en likespenningsutgang fra spenningsmultiplikatoren med en vekselspenningsrippel som er større enn 15%.

2. Pistol som angitt i krav 1, k a r a k t e r i s' e r t ved at rammen kan holdes ved hjelp av hånden.

3. Pistol som angitt i krav 1, karakterisert ved at generatoren er en topolet generator.

4. Pistol som angitt i krav 1, karakterisert ved at transformatoren har en kjerne og en primærvikling og en sekundærvikling som er viklet hver for seg - på kjernen.

5. Pistol som angitt i krav 1, karakterisert ved at transformatoren har en magnetiserbar stålkjerne, har formen E-I.

6. Pistol som angitt i krav 1, karakterisert ved at transformatoren drives hovedsaklig umettet med en hovedsaklig sinusformet- utgangsbølgeform.- i-^ - ■->-■ . ••-,

7. Pistol som angitt i krav 1, k a r-a k t^ e r i i-;s - e. r. t' ved at kondensatorene har en kapasitet som er tilstrekke- ' lig lav til'bare delvis å filtrere vekselspenningsrippeleh" :; • fra multiplikatorutgangen, slik at det etableres en veksel-rippelutgang som overskrider 20%.

8. Elektrostatisk sprøytepistol som omfatter i kombinasjon en sprøytepistol innbefattende en effekthylse bestående av luftturbin, generator, opptransformator og en spenningsmultiplikator med en slik total impedans at der fremskaffes en likespenningsutgang med en vekselspenningsrippel. som overskrider 20%.

9. Pistol.som angitt i krav 8, karakterisert ved at generatoren har ■ en' utgangs spenning som ligger i området 40 - 60 V. - - ■

10. Pistol som angitt i krav 8, karakterisert ved at generatoren har en utgangsfrekvens- av størrelses-orden 800 - 1200 H --.-.,,

11. Pistol som angitt i krav 8, karakterisert v e d at kombinasjonen generator, transformator og spenningsmultiplikator fremskaffer en utgangsvekselspenningsrippel . som overskrider. 30% av den gjennomsnittlige likespenningsutgang.

12. Pistol som angitt i krav 8, karakterisert ved at transformatoren har en utgangsspenning som ligger i området 2000 - 3000 V.