[0001] Die Erfindung betrifft eine Sprühbeschichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
[0002] Eine Sprühbeschichtung dieser Art ist aus der EP 0 160 179 B1 bekannt. Eine Bedienungsperson
kann über eine Tastatur einen gewünschten Spannungwert und einen gewünschten Stromwert
eingeben, welche von einer Regeleinrichtung konstant gehalten werden sollen. Dabei
ist für den Abstand zwischen der Sprühvorrichtung und dem zu beschichtenden Objekt
ein Schwellenwert vorgesehen. Wenn der Abstand größer als der Schwellenwert ist, dann
wird die Hochspannung an der Hochspannungselektrode der Sprühvorrichtung unabhängig
vom Objektabstand konstant gehalten, wobei der Sprühstrom der Hochspannungselektrode
mit zunehmendem Objektabstand kleiner bzw. mit kleiner werdendem Objektabstand größer
wird. Wenn der Abstand kleiner als der Schwellenwert ist, dann wird der Sprühstrom
unabhängig von Abstandsänderungen konstant gehalten, indem einem Stromanstieg durch
eine entsprechende Spannungsreduzierung entgegengewirkt wird. Unmittelbar bevor das
Objekt die Sprühvorrichtung berührt, bricht die Hochspannung völlig zusammen (Kontaktschutz).
Der Sprühstrom von der Elektrode zu dem zu beschichtenden Objekt wird indirekt gemessen
durch Messung des elektrischen Stromes, welcher durch eine Primärwicklung eines Transformators
fließt, an dessen Sekundärwicklung eine Hochspannungs-Kaskadenschaltung mit Gleichrichtern
und Kondensatoren angschlossen ist, welche die Hochspannungs-Gleichspannung für die
Elektrode erzeugt.
[0003] Aus der US 4 000 443 ist eine Sprühbeschichtungseinrichtung bekannt, bei welcher
einem Anstieg des Sprühstroms, wenn ein zu beschichtendes Objekt sich der Sprühvorrichtung
nähert, durch eine entsprechende Reduzierung der Hochspannung entgegengewirkt wird,
um den Sprühstrom konstant zu halten. Der Sprühstrom wird indirekt durch Messen des
in der Sekundärwicklung zwischen dem Transformator und einer Hochspannungs-Kaskadenschaltung
fließenden Stromes gemessen. Aus der EP 0 626 208 B1 ist eine Sprühbeschichtungeinrichtung
bekannt, bei welcher ebenfalls die Eingangsspannung eines Hochspannungserzeugers umgekehrt
zum Sprühstrom verändert wird, wobei der Sprühstrom an einem der Hochspannungselektrode
vorgeschalteten elektrischen Widerstand indirekt gemessen wird, indem ein Spannungsabfall
gemessen wird. Aus der GB 2 077 006 A ist es bekannt, einem Stromanstieg des Elektroden-Sprühstromes
durch eine entsprechende Spannungsreduzierung der Hochspannung innerhalb eines vorbestimmten
Betriebsfensters (operational window) entgegenzuwirken. Aus der US 4 187 527 ist es
bekannt, in kurzen Zeitabständen nacheinander gemessene Sprühstrom-Messwerte miteinander
zu vergleichen und im Falle eines schnellen Stromanstieges, welcher auf einen Kurzschluß
hindeutet, die elektrische Stromversorgung abzuschalten.
[0004] Aus der EP 0 559 608 B1 ist es bekannt, den elektrischen Sprühstrom, welcher von
der Hochspannungselektrode auf das zu beschichtende Objekt fließt, durch ein Strommessgerät
zu messen, welches auf einem elektrischen Stromweg zwischen dem zu beschichtenden
Objekt und Erdpotential angeordnet ist.
[0005] Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Gefahren einer zu hohen elektrischen
Spannung an der Hochspannungselektrode bei einem großen Abstand eines elektrisch leitenden
Objektes oder einen zu hohen Strom oder Kurzschlußstrom bei zu naher Annäherung eines
Objektes an die Hochspannungselektrode zu vermeiden, wobei das Objekt ein zu beschichtender
Gegenstand oder eine Bedienungsperson oder ein anderer Gegenstand sein kann, und gleichzeitig
die Sprühbeschichtungseinrichtung derart auszubilden, daß mit geringstem elektrischem
Energieaufwand optimale Beschichtungsergebnisse erzielt werden.
[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination der Merkmale von Anspruch
1 gelöst.
[0007] Durch das kennzeichnenden Merkmal von Anspruch 1 einer direkten Messung des Sprühstromes
erhält man unverfälschte Messergebnisse und eine schnelle Reaktion der Regeleinrichtung
auf Abweichungen von Istwerten von Sollwerten.
[0008] Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
[0009] Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer Gegenelektrode, welche
an ein Potential angeschlossen ist, das zum Hochspannungspotential der Hochspannungselektrode
eine große elektrische Spannungsdifferenz hat, z. B. an Erdpotential angeschlossen
ist, um freie elektrische Teilchen, insbesondere Ionen und Elektronen, abzuleiten,
welche von der Hochspannunselektrode ausströmen, jedoch frei herumvagabundieren, anstatt
mit dem Sprühbeschichtungsmaterial von der Sprühvorrichtung auf das zu beschichtende
Objekt zu fliegen. Gegenelektroden sind z. B. aus der EP 0 756 899 A2 bekannt.
[0010] Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von einer bevorzugten
Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine Sprühbeschichtungseinrichtung nach der Erfindung,
- Fig. 2
- ein Hochspannungs-Sprühstrom-Diagramm der Sprühbeschichtungseinrichtung von Fig. 1,
- Fig. 3
- schematisch eine Sprühvorrichtung der Sprühbeschichtungseinrichtung von Fig. 1.
[0011] Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Sprühbeschichtungseinrichtung enthält eine Sprühvorrichtung
2 zum Besprühen von Beschichtungsmaterial 4 in Form von Flüssigkeit oder vorzugweise
Pulver auf ein zu beschichtendes Objekt 6. Dabei wird angenommen, daß die zu beschichtenden
Objekte aus elektrisch leitendem Material bestehen und an Erdpotential 8 angeschlossen
sind. Die Objekte 6 werden bei automatischen Anlagen durch eine, nicht gezeigte, Fördervorrichtung
an der Sprühvorrichtung 2 vorbei transportiert und gelangen dadurch in deren durch
einen Pfeil schematisch dargestellten Sprühstrahl des Beschichtungsmaterials 4.
[0012] Die Sprühvorrichtung 2 ist mit mindestens einer Hochspannungselektrode 10 zur elektrostatischen
Aufladung des Beschichtungsmaterials 4 versehen, welche von einem Hochspannungserzeuger
12 mit Gleichstrom-Hochspannung im Bereich zwischen 1 kV und 150 kV, vorzugsweise
einem dazwischen liegenden Wert, versorgt wird. Der Hochspannungserzeuger kann in
bekannter Weise einen Transformator zur Hochtransformierung 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.
[0013] Die niedrige Wechselspannung wird von einem Oszillator 14 in Abhängigkeit von einer
Steuerspannung U-ST erzeugt, welche eine Stellgröße für die Hochspannung der Hochspannungselektrode
10 ist. Der Oszillator 14 kann ein Teil des Hochspannungserzeugers 12 sein und als
solcher in die Sprühvorrichtung 2 integriert sein, oder entsprechend Fig. 1 in ein
Steuergerät integriert sein, welches insgesamt eine Regeleinrichtung 16 bildet.
[0014] Die Regeleinrichtung 16 enthält einen Betriebsparameter-Speicher 18, welchem über
einen Datentransferweg 19 von einer Dateneingabestation, beispielsweise einem übergeordneten
Rechner oder manuell, z. B. über eine Tastatur, variabel einstellbar mindestens ein
Hochspannungsbegrenzungswert HV-BG und mindestens ein Sprühstrombegrenzungswert I-BG
je für den maximal 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
versellbare Festwerte sein.
[0015] Der Hochspannungsbegrenzungswert HV-BG wird von dem Betriebsparameter-Speicher 18
in eine Hochspannungsbegrenzungsschaltung 20 eingegeben. Der Sprühstrombegrenzungswert
I-BG wird von dem Betriebsparameter-Speicher 18 in einen Sprühstromregler 22 eingegeben.
[0016] Der von einem zu beschichtenden Objekt 6 auf Erde fließende Sprühstrom der Hochspannungselektrode
10 wird von einer Sprühstrommesschaltung 24 auf der mit Erde 8 verbundenen Seite der
Objekte 6 gemessen und als Sprühstrom-Istwert I-S ebenfalls in den Sprühstromregler
eingegeben.
[0017] Der Sprühstromregler 22 vergleicht den Sprühstrom-Istwert I-S mit dem Sprühstrombegrenzungswert
I-BG und erzeugt in Abhängigkeit hiervon eine Hochspannungs-Reglergrößen U-RG, welcher
von dem Sprühstromregler 22 an die Hochspannungsbegrenzungsschaltung 20 gegeben wird.
Der Sprühstromregler 22 ist vorzugsweise ein P-I-Regler (proportional-integral-Regler).
[0018] Die Hochspannungsbegrenzungsschaltung 20 erzeugt in Abhängigkeit von dem Hochgspannungsbegrenzungswert
HV-BG und der Hochspannungs-Reglergröße U-RG die Steuerspannung U-ST, welche in Form
einer Gleichstrom-Eingangsspannung dem Oszillator 14 zugeführt wird und die Stellgröße
für die Hochspannung der Hochspannungselektrode 10 ist.
[0020] Fig. 2 zeigt auf der horizontalen Achse den Sprühstrom in µA und auf der vertikalen
Achse die korrespondierende Hochspannung in kV. Die oberste Kennlinie 26 mit ausgefüllten
Quadraten ist eine Standard-Kennlinie. Sie zeigt, wie bei bekannten Einrichtungen
mit kleiner werdendem Abstand zwischen der Hochspannungselektrode 10 und einem zu
beschichtenden Objekt 6 der Sprühstrom der Hochspannungselektrode 10 ansteigt und
gleichzeitig die Hochspannung abfällt. Die Hochspannung hat ihren Maximalwert bei
größtmöglichem Abstand bzw. unendlich großem Abstand des zu beschichtenden Objektes
6 oder einens anderen elektrisch leitenden Gegenstandes von der Hochspannungselektrode
10.
[0021] Die mittlere Kurve 27 mit den nicht-ausgefüllten Quadraten betrifft eine Ausführungsform,
bei welcher die maxiamale Gleichstrom-Hochspannung der Hochspannungselektrode 10 auf
einen Maximalwert HV-BG von 80 kV begrenzt ist, jedoch keine Strombegrenzung I-BG
vorgenommen wurde.
[0022] Die unterste Kurve 28 mit den schwarz ausgefüllten Dreiecken ergibt sich mit der
vorstehend beschriebenen Schaltung nach der Erfindung, bei welcher sowohl der Sprühstrom
als auch die Hochspannung je auf einen Maxiamalwert begrenzt sind. In Fig. 2 wurde
angenommen, daß der Hochspannungsbegrenzungswert HV-BG 50 kV und der Sprühstrombegrenzungswert
I-BG 20 µA (20 x 10
-6 A) ist.
[0023] In Fig. 3 ist die Sprühvorrichtung 2 etwas detailierter dargestellt. Sie zeigt, daß
eine oder mehrere Hochspannungselektroden 10 außerhalb oder innerhalb eines Beschichtungsmaterialkanals
30 angeordnet sein können. Ihm wird Beschichtungsmaterial, z. B. Beschichtungspulver,
über eine Leitung 31, z. B. ein Schlauch, zugeführt.
[0024] Gemäß Fig. 3 kann die Sprühvorrichtung 2 mit an ein Bezugspotential, z. B. Erdpotential,
angschlossenen Gegenelektroden 32 (Ableiterelektroden) versehen sein, welche freie
elektrische Ladungen (Ionen, Elektronen), welche von den Elektroden 10 abgegeben werden,
auffangen und auf Erdpotential ableiten. Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung
wesentlich weniger freie elektrische Teilchen entstehen, insbesondere freie Ionen,
und damit auch ein geringerer Stromverlust.
[0025] In Fig. 3 ist der Oszillator 14 über ein elektrisches Kabel 36 an den Hochspannungserzeuger
12 angeschlossen, welcher in die Sprühvorrichtung 2 integriert ist, jedoch auch getrennt
von ihr, z. B. in der Regeleinrichtung 16 angeordnet werden könnte.
1. Sprühbeschichtungseinrichtung, enthaltend eine Sprühvorrichtung (2) zum Sprühen von
Beschichtungsmaterial auf zu beschichtende Gegenstände, einen Hochspannungserzeuger
(12) zur Erzeugung von Hochspannung an mindestens einer Hochspannungselektrode (10)
der Sprühvorrichtung (2), eine Regeleinrichtung (16) zur Regelung eines elektrischen
Sprühstromes, welcher mit dem Beschichtungsmaterial von der Hochspannungselektrode
zu einem zu beschichtenden Objekt fließt, wobei automatisch der Sprühstrom durch eine
Sprühstrommesschaltung (24) gemessen und einem Stromanstieg durch eine Spannungsreduzierung
entgegengewirkt wird, Mittel (18,20,22) zur Strombegrenzung und zur Hochspannungsbegrenzung
je auf einen vorbestimmten Wert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sprühstrommesschaltung (24) im elektrischen Rückstromweg von dem zu beschichtenden
Objekt (6) zurück in die Regeleinrichtung (16) angeordnet ist, um dort den Sprühstrom
zu messen.
2. Sprühbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rückstromweg an Erdpotential (8) angeschlossen ist.
3. Sprühbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strombegrenzungswert und/oder der Hochspannungsbegrenzungswert variabel einstellbar
ist.
4. Sprühbeschichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gennzeichnet,
daß ein Speicher (18) zur Speicherung von je mindestens einem Strombegrenzungswert
(I-BG) und einem Hochspannungsbegrenzungswert (HV-BG) vorgesehen ist, wobei der Wert
variabel einstellbar ist.
5. Sprühbeschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenen Ansprüch,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Gegenelektrode (32), die an ein von dem elektrischen Potential
der Hochspannungselektrode (10) stark abweichendes Potential angeschlossen ist, an
der Sprühvorrichtung (2) mit Abstand von der Hochspannungselektrode (10) außerhalb
des Beschichtungsmaterialstromes zum Ableiten von freien Ionen und freien Elektronen
vorgesehen ist, welche von der Hochspannungselektrode (10) erzeugt werden, jedoch
mit dem Beschichtungsmaterial nicht auf das zu beschichtende Objekt fliegen.