DE954808C - Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenueberschlaege fuer Anlagen zum elektrostatischen Niederschlagen von Schwebeteilchen - Google Patents

Description

• Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenüberschläge für Anlagen zum elektrostatischen Niederschlagen von Schwebeteilchen In Anlagen zum elektrostatischen Niederschlagen von Schwebeteilchen, wie z. B. Anlagen zur elektrostatischen Oberflächenbehandlung (beispielsweise Lackieren) und Elektrofiltern, wird bekanntlich mit Gleichstrom-Hochspannungsfeldern gearbeitet. Im Betrieb sollen elektrische Überschläge oder andere Störungen unbedingt vermieden werden, da hierdurch nicht nur beispielsweise die Güte einer Lackoberfläche beeinträchtigt werden kann, sondern unter Umständen diese auch zur Entzündung- etwaiger explosibler Stoffe, wie z. B. Lösungsmittel, führen können. Man war deshalb schon seit längerem bemüht, Schutzeinrichtungen zu schaffen, durch die solche Gefahren, wenn nicht vermieden so doch vermindert werden. Bisher bekanntgewordene Vorschläge solcher Schutzeinrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der Überstromauslösung. Bei ihnen werden Stromänderungen, die sich im Hochspannungskreis ausbilden, zur Steuerung Strom- und spannungsabhängiger Relais benutzt, um die Anlage rasch abzuschalten. So ist beispielsweise eine Anlage bekanntgeworden, bei der mit Hilfe einer gittergesteuerten Entladungsröhre ein Schalter zur Abschaltung der Sprühelektrode betätigt wird, sobald der Strom, der zu den Werkstücken geht, einen bestimmten Wert überschreitet. Bei einer anderen bekannten Anordnung ist für die Hochspannungseinrichtung ein Steuergerät vorgesehen, das in Abhängigkeit von Änderungen des Stromes in dem elektrostatischen Feld betätigt wird, so daß die Hochspannungszuführung 'ausfällt, wenn der Strom aus irgendeinem Grunde einen gefährlichen Wert annimmt. Derartige Anordnungen können insbesondere bei einer raschen Annäherung an die Hochspannungsteile eine rechtzeitige Abschaltung der Hochspannung nicht sicherstellen, während außerdem unter Umständen Schwankungen des Stromes, die an sich noch keine Abschaltung bedingen, eine solche zur Folge haben, die eine unerwünschte Betriebsstörung darstellt.
• Nach der Erfindung kann eine Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenüberschläge bei derartigen Anlagen durch Sperrung des Betriebsstromes vor dem Zustandekommen eines Überschlages dadurch verbessert werden, daß die Sperrung in Abhängigkeit von den Änderungen des Feldpotentials zwischen den Arbeitselektroden (Sprühelektrode und Niederschlagselektrode) erfolgt. Auf diese Weise wird die Möglichkeit gegeben, einen sich etwa zwischen den Sprüh- und Niederschlagselektroden ausbildenden Entladungskanal früher als bisher festzustellen, wodurch die Zuverlässigkeit der Schutzeinrichtung erheblich gesteigert wird.
• Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.
• In Fig. i ist i die Niederschlagselektrode, beispielsweise das Werkstück in einer Einrichtung zum elektrostatischen Lackieren. 2, 3 sind Sprühelektroden. Zwischen ihnen und der Niederschlagselektrode i besteht das Gleichstrom-Hochspannungsfeld, das zum Niederschlagen der Schwebeteilchen, hier beispielsweise fein vernebelter Lackteilchen, auf dem Werkstück dient. In dem Raum zwischen den Elektroden i einerseits und 2, 3 andererseits befindet sich mindestens- eine Sonde 4, die über eine isolierte Zuleitung 5, einen Kondensator 6 und ein Potentiometer 7 an das Gitter einer Hochvakuumröhre 8 gelegt ist.
• Über ein Schütz io und einen Spannungskonstanthalter i i liegt ein Hochspannungswandler 12 am Netz 13. Der Spannungskonstanthalter soll die Anlage von Schwankungen der Netzspannung befreien, damit störende Einflüsse infolge Änderung der an den Elektroden i bis 3 liegenden Spannung von vornherein ausgeschlossen sind. Ein Gleichrichter 14, beispielsweise Trockengleichrichter, dient zur Bereitstellung der erforderlichen Gleichstrom-Hochspannung. Der positive Pol der Gleichrichteranordnung liegt, ebenso wie . die Niederschlagselektrode z, an Erde. Ein Instrument 15 dient zum Anzeigen des Betriebsstromes. Der negative Pol der Gleichrichteranordnung 14 ist über einen Vorwiderstand 16 und eine Hochvakuumröhre 17 mit den Sprühelektroden 2, 3 verbunden. Damit ist der Betriebsstromkreis geschlossen.
• Die bereits erwähnte Sonde 4 erhält, um das elektrische Feld möglichst .wenig zu verzerren, zweckmäßig die Gestalt eines in seiner geometrischen Anordnung des Sprühelektrodensystem angepaßten Gitters. Der Abstand zwischen Sonde 4 und Sprühelektroden 2, 3 ist vorzugsweise kleiner als derjenige zwischen Sonde 4 und Niederschlagselektrode i. Eine solche Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil Entladungen sich in unmittelbarer Nähe der Sprühelektroden zu bilden beginnen, da hier die Feldliniendichte am größten und die Aufladung der Schwebeteilchen, z. B. Lacknebelteilchen, am stärksten ist.
• Bildet sich nun zwischen den Elektroden i und :2 bzw. 3 ein Entladungskanal aus, beispielsweise infolge einer konzentrierten Ansammlung elektrisch geladener Schwebeteilchen, so macht sich dies, da der .physikalische Vorgang einer Verkleinerung des Spannungsabstandes zwischen den Elektroden gleichkommt, als Änderung des an der gitterförmigen Sonde herrschenden Potentials bemerkbar. Diese Potentialänderung wirkt über das Potentiometer 7 auf das Gitter der als Verstärker geschalteten Röhre 8, und zwar so, daß sich die Änderung des im Anodenkreis dieser Röhre fließenden Stromes als Änderung des am Anodenwiderstand 18 auftretenden Spannungsabfalls bemerkbar macht. Das bedeutet eine Änderung der Gitterspannung der im Betriebsstromkreis liegenden Röhre 17, die daraufhin den Betriebsstrom der Anlage sperrt. Der Sperrvorgang wird also in dem Falle eingeleitet, bei dem die vorbestimmte maximale Feldstärke an der Sonde überschritten wird, also bereits dann, wenn sich die Front einer Entladung der Sonde nähert und durch die ausgesprochene Spitzenwirkung, neben der Verringerung des Spannungsabstandes, auch noch eine Feldlinienverdichtung hinzukommt.
• Durch die Sperrung des Betriebsstromes entfällt der am Vorwiderstand 16 im normalen Betrieb wirksame Spannungsabfall, so daß eine bisher nicht erwähnte Funkenstrecke 2o nunmehr die volle Betriebsspannung erhält, anspricht und über einen Stromwandler 21 und ein Relais 22 das obenerwähnte Hauptschütz io zum Ausschalten bringt. In Abhängigkeit hiervon können z. B. auch eine Fördereinrichtung (für Werkstücke) selbsttätig stillgelegt, eine Zerstäubungsanlage (im Sprühraum) außer Betrieb genommen und gewünschtenfalls eine Alarmanlage in Tätigkeit gesetzt werden.
• Die Zeitkonstante der Schutzeinrichtung soll möglichst etwa um eine Größenordnung kleiner sein als die für den Aufbau einer Entladung benötigte Zeit. Dies läßt sich mit Hilfe von Hochvakuumröhren, vorzugsweise Tetroden oder Pentoden, erreichen. Sie ermöglichen eine praktisch leistungslose Steuerung. Es empfiehlt sich, die Anodenspannung größer als die Schirmgitterspannung zu machen, da in diesem Bereich der Kennlinienverlauf wegen des veränderlichen Durchgriffes unabhängig von der Anodenspannung ist. Das bedeutet, daß bei gleichem Anodenstrom die Sperrspannung für verschiedene Anodenspannungen die gleiche bleibt.
• Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem an Stelle der Änderung des Feldpotentials der zeitliche Anstieg des Betriebsstromes, der sich beim Aufbau einer Entladung plötzlich einstellt, dazu herangezogen wird, ein Mittel zur Sperrung des Betriebsstromes in Gestalt einer Röhre zu steuern. r ist wiederum die Niederschlagselektrade, 2, 3 das Sprühelektrodensystem. Ein plötzliches Ansteigen des Stromes hat eine entsprechende zeitliche Änderung des Spannungsabfalles am Gitterwiderstand 3o und damit eine Änderung der Gittervorspannung einer Verstärkerröhre 31 zur Folge. Der weitere Verlauf des Abschaltvorganges ist ähnlich wie bei der Schaltung nach Fig. i. 38 ist der Anodenwiderstand. der Verstärkerröhre 31, 37 die im Betriebsstromkreis liegende, die Sperrung bewirkende Röhre, 36 das die Steuerspannung für die Funkenstrecke liefernde Potentiometer. Die Leitung 32 führt zur Funkenstrecke, die Leitung 33 zum Gleichrichter.
• Eine Schutzeinrichtung nach Fig.2 wird man insbesondere bei solchen Anlagen einsetzen, die mit einem verhältnismäßig großen Betriebsstrom arbeiten, und bei denen der Abstand zwischen Sprüh- und Niederschlagselektroden verhältnismäßig klein ist, also z. B. bei Elektrofiltern. Anordnungen nach Fig. r dagegen eignen sich besonders für Anlagen zum elektrostatischen Behandeln einer Oberfläche, z. B. Lackieren.
• An Stelle einer Funkenstrecke, wie sie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Steuern des Netzschützes über ein Relais verwendet wird, kann man z. B. auch eine gasgefüllte Entladungsröhre anwenden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. 3 (als Ausschnitt einer Schaltung nach Art derjenigen der Fig. r). Das gittergesteuerte Gasentladungsrohr ist mit 4o bezeichnet, die Spannung seiner Zündelektrode 4z wird an dem Anodenwiderstand 48 der Verstärkerröhre 47 abgegriffen.
• Eine weitere Anwendung eines gittergesteuerten Gasentladungsrohres ist in Fig.4 beispielsweise dargestellt. Das gittergesteuerte Gasentladungsrohr ist hier mit 5 r bezeichnet und wird ohne Anwendung einer Verstärkerröhre unmittelbar von der Sonde 4 im Raum zwischen den Sprühelektroden 2, 3 einerseits und der Niederschlagselektrode z andererseits über ein Potentiometer 52 gesteuert. Beim Ansprechen des gittergesteuerten Gasentladungsrohres wird über einen einstellbaren Gitterwiderstand 53 negatives Potential an das Gitter der im Betriebsstromkreis liegenden Hochvakuumröhre 54 gelegt. Dadurch wird der Betriebsstrom gesperrt und die an den V orwiderstand 56 angeschlossene Funkenstrecke 6o an volle Spannung gelegt. Sie spricht an und gibt damit den Weg zur Abschaltung der Anlage frei. Der Vorwiderstand 56 muß hierbei so gewählt werden, daß der an ihm im normalen Betrieb auftretende Spannungsabfall so groß ist, daß das Ansprechen der Funkenstrecke vermieden wird. Diese Forderung entfällt bei Verwendung eines gittergesteuerten Gasentladungsrohres (an Stelle der Funkenstrecke 6o), da zu dessen Zündung eine fremde, aber von den Entladungsvorgängen in ihrer Größe abhängige Spannungsquelle herangezogen wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Schutzeinrichtung gegen Lichtbogenüberschläge für Anlagen zum elektrostatischen Niederschlag von Schwebeteilchen durch Sperrung des Betriebsstromes vor dem Zustandekommen eines Überschlages, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrung in Abhängigkeit von der Änderung des Feldpotentials zwischen den Arbeitselektroden (Sprühelektrode und Niederschlagselektrode) erfolgt.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Sperrung des Betriebsstromes eine Abschaltung der Anlage und/oder Außerbetriebsetzung von Hilfseinrichtungen (Werkstückfördereinrichtung, Zerstäubungsanlage od. dgl.) und/oder Inbetriebnahme einer Alarmanlage bewirken.
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als in Abhängigkeit von der Sperrung des Betriebsstromes arbeitendes Mittel ein Hilfsstromkreis mit einer Relaisanordnung (2r, 22) vorgesehen ist, der mittels einer Hilfsfunkenstrecke (2o) einschaltbar ist.
4. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch r oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in das Feld zwischen den Arbeitselektroden (r, 2) eine Sonde (¢) eingeführt ist, mittels deren eine ein- oder mehrstufige Anordnung von Hochvakuumröhren zwecks Sperrung des Betriebss.tro:mes gesteuert wird.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der an der Sonde (4) auftretenden Potentialänderung eine Verstärkerstufe mit Hochvakuumröhre vorgesehen ist.
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Gleichrichtung des hochgespannten Wechselstromes die zugleich zur Sperrung des Betriebsstromes dienende Hochvakuumröhre vorgesehen ist.
7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch r oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Funkenstrecke zur Steuerung der Abschaltung der Hochspannungsanlage bzw. der Hilfseinrichtungen ein gittergesteuertes Gasentladungsrohr (4o) vorgesehen ist. B. Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Zündelektrode des gittergesteuerten Gasentladungsrohres von dem im Anodenkreis der Verstärkerröhre (47) liegenden Widerstand (48) abgegriffen wird. g. Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Zündelektrode des gittergesteuerten Gasentladungsrohres liegende Spannung einer von den Entladungsvorgängen unmittelbar abhängigen Spannungsquelle entnommen ist. io. Schutzeinrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daB ein gittergesteuertes Gasentladungsrohr (51), dessen Zündspannung von der Sonde (4) zwischen den beiden Arbeitselektroden (1, 2) geliefert wird, als Schaltorgan zum Anlegen negativer Gittervorspannung an die Sperröhre (54) verwendet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 812 234; USA.-Patentschrift Nr. 2 509 277; Pohl: Einführung in die Elektrizitätslehre, 1935 S. 47, § 92; Zeitschrift Metalloberfläche, 195o, Heft 4, S. B 57.