DE19756488A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Isolieren eines elektrisch leitenden Strömungsmediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Isolieren von Stellen eines elektrisch leitenden Strö­ mungsmediums mit unterschiedlichem elektrischem Potential längs seines Strömungsweges gemäß den Oberbegriffen der An­ sprüche 1 und 4.

Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art sind tech­ nisch aufwendig, insbesondere wenn Hochspannung an dem Strömungsmedium am Ende seines Strömungsweges anliegt, wäh­ rend das Strömungsmedium am Anfang seines Strömungsweges unter Erdpotential steht. Derartige Verhältnisse herrschen zum Beispiel in elektrostatischen Lackieranlagen, in denen wasser-verdünnbare Lacke verarbeitet werden, so z. B. bei der Kraftfahrzeugherstellung. Dort wird Lackmaterial beim elektrostatischen Lackieren einem an Hochspannungspotential liegenden Zerstäuber über eine Leitung zugeführt. Wenn die­ ses Lackmaterial elektrisch leitfähig ist, muß dafür ge­ sorgt werden, daß es über die Lackzuführungsleitung nicht zu einem elektrischen Kurzschluß kommt, da das andere Ende der Lackzuführungsleitung unter Erdpotential steht. Aus diesem Grund müssen in einem gegen Begehung abgesicherten Hochspannungsbereich die Lackzuführungsleitung und der zu­ gehörige Lackbehälter ebenfalls an Hochspannungspotential gelegt werden. Dies wiederum hat zur Folge, daß dieser Be­ hälter während des Betriebes nicht aus einer an Erdpoten­ tial liegenden Zuführungsleitung nachgefüllt werden kann. Der Lackierbetrieb muß daher während des Nachfüllvorganges unterbrochen werden.

Wenn eine kontinuierliche Zuführung des Lackmaterials aus einem an Hochspannungspotential liegenden Behälter zum Zer­ stäuber gewährleistet sein soll, muß der Behälter in geeig­ neter Form diskontinuierlich mit Lackmaterial gefüllt wer­ den. Dies wird in den existierenden Lackieranlagen auch tatsächlich praktiziert. Dabei kommt in vielen Fällen noch erschwerend hinzu, daß in der Regel leitfähige Lacke wie zum Beispiel Wasserlacke in mehreren, unterschiedlichen Farbtönen bereitgehalten werden müssen, die dann über einen automatischen Farbwechsler einem an Hochspannung liegenden Zerstäuber zugeführt werden müssen. Für den Fall, daß zwi­ schen dem Farbwechsler und dem Zerstäuber Potential-Trenn­ einrichtungen eingesetzt werden sollen, gilt, daß es un­ möglich ist, alle Teile auch schnell automatisch zu spülen, wenn die Potential-Trenneinrichtungen während des Lackier­ betriebes nur geringe Abstände zwischen den unterschiedli­ ches Potential führenden Bauteilen aufweisen und möglichst kompakt gebaut sein sollen.

Aus Gründen der erforderlichen Isolierungen in Anbetracht des herrschenden Potentials zwischen den an Hochspannungs- und Erdpotential liegenden Bauteilen sind während des Lackierbetriebes unter Hochspannung relativ große Abstände im Bereich oberhalb von 200 mm einzuhalten oder sie können im hochspannungsfreien, geerdeten Betrieb zwischen ihren Ein- und Ausgängen nicht so geschaltet werden, daß ein automa­ tischer Schnellfarbwechsel bzw. Spülzyklus durchgeführt werden könnte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, mit deren Hilfe eine besonders zweckmäßige Handhabung und sichere Isolierung von an unterschiedlichem elektrischem Potential liegenden Stellen des Strömungsweges und/oder des elektrisch leitenden Strömungsmediums möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung mit den Merk­ malen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 vor, daß die ein elektrisch unterschiedliches Potential aufweisen­ den Stellen mit Hilfe einer Flüssigkeit voneinander iso­ liert werden.

Es gibt verschiedene Flüssigkeiten, deren elektrisch iso­ lierende Wirkung wesentlich besser ist als die von Luft. Dazu gehören zum Beispiel verschiedene Öle. Mit Hilfe einer derartigen Flüssigkeit kann mit deutlich geringeren Abstän­ den zwischen den Stellen unterschiedlich elektrischen Po­ tentials gearbeitet werden, so daß es möglich ist, Bauteile wesentlich kleiner auszuführen als bisher. Außerdem ist die erzielbare Funktionssicherheit bei verbesserter Handhabung erhöht.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Po­ tential-Trenneinrichtung ein eine elektrisch isolierende Flüssigkeit enthaltendes Potential-Trennventil verwendet wird.

Dieses Potential-Trennventil weist erfindungsgemäß mitein­ ander verbindbare sowie lösbare Endstücke für den Strö­ mungsweg auf, wobei sich diese Endstücke zugleich in der elektrisch isolierenden Flüssigkeit befinden. Es ist daher möglich, eine hohen Sicherheitsansprüchen genügende Po­ tential-Trenneinrichtung geringer Baugröße zur Verfügung zu stellen, die sich einfach und mit großer Schaltgeschwin­ digkeit sowie zweckmäßig handhaben läßt.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung und der Zeichnung her­ vor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher be­ schrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 im Schnitt eine Potential-Trenneinrichtung im geöffneten Zustand;

Fig. 2 einen Schnitt wie in Fig. 1 kurz vor dem Schließen des Strömungsweges und

Fig. 3 eine Einzelheit aus den Fig. 1 und 2 in größe­ rem Maßstab bei geschlossenem Strömungsweg bzw. mit verbundenen Endstücken des Strömungs­ weges.

Eine als Potential-Trennventil 1 geschaltete Potential- Trenneinrichtung umfaßt gemäß dem in den Fig. 1 bis 3 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel ein mehrteiliges Gehäuse 2, das überwiegend aus einem isolierenden Werkstoff besteht. Es umfaßt ein mittig angeordnetes, zylindrisches Gehäuse­ teil 3 sowie sein Inneres verschließende, jeweils stirn­ seitig an beiden Enden 4, 5 angeordnete Deckel 6, 7. In dem Gehäuse 2 befinden sich im Abstand voneinander sowie im Ab­ stand von den Deckeln 6 und 7 angeordnete Zwischenwände 8 und 9. Die Zwischenwände 8 und 9 bilden einerseits Kammern 10, 11 und 12 im Inneren des Gehäuses 2 und dienen ferner zur Lagerung und Führung von Bauteilen, mit deren Hilfe ein Strömungsmedium von einer ersten Stelle 13 eines Strömungs­ weges 14 zu einer zweiten Stelle 15 mit einem je nach elek­ trischem Schaltzustand anderen elektrischen Potential strömen kann. Die Bauteile dienen also zum Verbinden und zum Unterbrechen des Strömungsweges 14 des elektrisch lei­ tenden Strömungsmediums.

Gemäß dem in den Figur dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem die erste Stelle 13 bildenden Bauteil um das freie Ende 16 einer Düsennadel 17. Die Dü­ sennadel 17 weist einen Längskanal 18 auf und wird bei­ spielsweise an eine ein niedriges elektrisches Potential aufweisende Leitung angeschlossen. Entsprechend weist dann auch das in der Düsennadel 17 befindliche Strömungsmedium ein niedriges elektrisches Potential auf.

Ferner ist der Düsennadel 17 ein Antrieb 19 zugeordnet, mit dessen Hilfe die Düsennadel 17 relativ zu der zweiten Stel­ le 15 der miteinander zu verbindenden bzw. voneinander zu lösenden Bauteile bewegbar ist. Dieser Antrieb 19 umfaßt Kolben 20 und 21, die über Anschlüsse 22 und 23 derart be­ aufschlagbar sind, daß die Düsennadel 17 in mindestens zwei Richtungen bewegbar ist, wie aus den Figur hervorgeht. Als Druckmedium dient über die Leitungen 27 bzw. 27a zugeführ­ te Druckluft.

Das freie Ende 16 der Düsennadel 17 (Fig. 1) befindet sich in der immer mit isolierender Flüssigkeit gefüllten mittle­ ren Kammer 11 und ist gemäß Ausführungsbeispiel stirnseitig geschlossen. Der Strömungsweg 14 bzw. der Längskanal 18 en­ det in der Düsennadel 17 an mindestens einer radial gerich­ teten Austrittsöffnung 29, wie insbesondere auch aus der in größerem Maßstab wiedergegebenen Darstellung von Fig. 3 hervorgeht. Ein Ringkanal 30 ist der bzw. den radial ge­ richteten Austrittsöffnungen 29 zugeordnet und bildet eine gehäuseseitige Aufnahmeöffnung und führt zu einer nach au­ ßen gerichteten Auslaßöffnung 31. Der Ringkanal 30 befindet sich in der Zwischenwand 8 und ist dort derart angeordnet, daß er bei offenem Potential-Trennventil 1 gemäß Fig. 1 von einem Verschlußstück 32 abgedeckt ist. Dieses Verschluß­ stück 32 ist relativ zur Düsennadel 17 bewegbar sowie in deren Achse angeordnet und wird zum Beispiel von der Druck­ kraft einer Feder 33 in Schließrichtung (Fig. 1 und 2) be­ aufschlagt. An seiner der Düsennadel 17 zugewandten Stirn­ fläche weist das Verschlußstück 32 eine Ausnehmung 34 auf, in die ein Zentrierstück 35 am freien Ende 16 der Düsenna­ del 17 beim Schließen des Potential-Trennventiles 1 zu­ nächst eingreift, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn sodann die Düsennadel 17 aus der Position gemäß Fig. 2 noch weiter in axialer Richtung zum Deckel 6 hin verschoben wird, bewegt sich das Verschlußstück 32 in die in Fig. 3 dargestellte Lage, bis die Austrittsöffnungen 29 des Längs­ kanals 18 in der Düsennadel 17 vor dem Ringkanal 30 stehen (Fig. 3). Jetzt kann das Strömungsmedium/die elektrisch leitende Flüssigkeit durch die Düsennadel 17 zur gehäuse­ seitigen Auslaßöffnung 31 strömen. Hierbei bildet die Dü­ sennadel 17 ein Endstück des Strömungsweges 14, während das zweite Endstück des Strömungsweges 14 gehäuseseitig ange­ ordnet ist. Es wird von der gehäuseseitigen Auslaßöffnung 31 bzw. von dem Ringkanal 30 gebildet, der gemäß Ausfüh­ rungsbeispiel mit Hilfe des auch von der Düsennadel 17 ge­ steuerten Verschlußstückes 32 verschließbar ist und sich in einer Zwischenwand 8 befindet, die die gehäuseseitige Auslaßöffnung 31 aufweist.

Grundsätzlich versteht es sich allerdings, daß die Strö­ mungsrichtung für das elektrisch leitende Strömungsmedium auch entgegengesetzt gerichtet sein kann.

Gemäß dem in den Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch ein in der Kammer 10 befindlicher Kolben 36 dem Ver­ schlußstück 32 zugeordnet und wird über eine Leitung 37 mit einem Druckmedium versorgt.

Ferner befindet sich eine axial gerichtete Entlastungsboh­ rung 39 in dem Verschlußstück 32, damit das Zentrierstück 35 beim Andocken der Düsennadel 17 spaltfrei in die Ausneh­ mung 34 eingreifen kann.

Schließlich sind auch noch Dichtungselemente 40 (Fig. 2) bei allen Kolben und dem Verschlußstück 32 sowie zwischen den Deckeln 6, 7 und den verschiedenen Einbauteilen sowie zum Abdichten der Düsennadel 17 erforderlich und in den Figur dargestellt. Ihre Lage und Anordnung ist nicht Gegen­ stand der Erfindung und werden daher auch nicht im einzel­ nen erörtert. Grundsätzlich gleiches gilt für die Auftei­ lung des Gehäuses 2 in verschiedene Gehäuseteile, damit die angestrebte Funktion gewährleistet ist. Die Erfindung ist daher auch nicht auf das in den Figur konkret dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind noch Abwand­ lungen möglich, ohne von dem grundsätzlichen Erfindungsge­ danken abzuweichen.

Bei der Verwendung in einer Lackieranlage besteht die Er­ findung im wesentlichen aus einem Potential-Trennventil, das zwischen einer geerdeten Lackzuführungsleitung und ei­ nem Arbeitsbehälter bzw. zwischen dem Arbeitsbehälter und einem an Hochspannung liegenden Zerstäuber angeordnet wer­ den kann. Sein an Erdpotential liegender Lackeingang wird über das flüssige Isoliermedium von dem an Hochspannung liegenden Lackausgang in einem so kurzen geometrischen Ab­ stand angeordnet, daß dieser Abstand im Falle eines beider­ seits an Erdpotential liegenden Schaltzustandes in kurzer Zeit durch ein Andocken der Zuführungsleitung an den Lack­ ausgang überbrückt werden kann. Daher ist es möglich, daß verschiedene, in Reihe geschaltete Potential-Trennventile, einschließlich dazwischen angeordneter Arbeitsbehälter, in einen automatischen Farbwechsel- bzw. Spülzyklus integriert werden können, wobei eine zwischen einem geerdeten Lackzu­ führungsschlauch und dem Zerstäuber vollständig offene und automatisch spülbare Leitungsführung geschaltet werden kann. Das als Hohlnadelventil gestaltete Potential-Trenn­ ventil umfaßt dabei eine Lackzuführungslanze, die zum Bei­ spiel an Erdpotential liegend unter Luftausschluß in der mit dem flüssigen Isoliermedium gefüllten Kammer in gerin­ gem Abstand zu einer wahlweise an Hochspannungs- oder Erd­ potential liegenden Andockstation verschiebbar angeordnet ist und mit einer vorzugsweise pneumatisch betätigten Vor­ schubeinrichtung in die Andockstation eingeführt werden kann. Die Andockstation bildet ihrerseits ein Ventil, das den Weg zu einem nachgeschalteten Arbeitsbehälter ver­ schlossen hält, solange die Lackzuführungslanze nicht ange­ dockt ist und sich mit dem Andocken dieser Lanze in einer Weise öffnet, daß das im Hohlnadelventil anstehende Lackma­ terial von dem umgebenden Isoliermedium zuverlässig ge­ trennt bleibt und ein Übertreten von Lackmaterial in das Isoliermedium bzw. von Isoliermedium in das Lackmaterial ausgeschlossen ist. Dabei umschließt die Andockstation das eingeführte Hohlnadelventil luft- und flüssigkeitsdicht, wobei das Hohlnadelventil sich nur im angedockten, von ei­ ner äußeren Hülse der Andockstation umschlossenen Zustand öffnet.

Der die Lackzuführungslanze/Düsennadel 17 tragende Kolben reinigt darüber hinaus bei seinen Bewegungen die Innenwand der ihn aufnehmenden Kammer von eventuell aus dem Isolier­ medium abgeschiedenen, leitfähigen Ablagerungen. Der Kolben dient daher bei seiner An- und Abdockbewegung gleichzeitig als Umwälzpumpe für das Isoliermedium.

Claims (11)

1. Verfahren zum Isolieren von Stellen (13 und 15) eines elektrisch leitenden Strömungsmediums mit unterschied­ lichem elektrischem Potential längs seines Strömungs­ weges (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen (13 und 15) mit Hilfe einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit/eines flüssigen Isoliermediums isoliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Potential-Trennventiles (1).

3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander zu trennende und miteinander zu verbindende Endstücke des Strömungsweges (14) in einer elektrisch isolieren­ den Flüssigkeit angeordnet werden und daß die Endstücke zum Trennen oder Verbinden in der isolierenden Flüssig­ keit relativ zueinander bewegt werden, wobei mindestens eines der Endstücke bewegt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach minde­ stens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einander zugeordnete Endstücke eines Strömungsweges (14) für ein elektrisch leitendes Strö­ mungsmedium in einer elektrisch isolierenden Flüssig­ keit angeordnet sind und daß mindestens eines der bei­ den Endstücke zum Trennen oder Verbinden in der elek­ trisch isolierenden Flüssigkeit bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke in einem Gehäuse (2) angeordnet sind und daß ein Antrieb (19) mindestens einem der Endstücke zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endstück des Strömungsweges (14) eine Düsennadel (17) ist und daß das andere Endstück des Strömungsweges (14) ein Verschlußstück (32) und eine Auslaßöffnung (31) um­ faßt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (17) an ihrem freien Ende (16) mindestens eine quer zu ihrer Bewegungsachse/radial gerichtete Austrittsöffnung (29) aufweist und daß das Verschluß­ stück (32) einem als Aufnahmeöffnung dienenden Ring­ kanal (30) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (17) bewegbar gelagert und mit einem An­ trieb (19) versehen ist und daß das Verschlußstück (32) zur Freigabe des Ringkanales (30) ebenfalls axial be­ wegbar ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (31) gehäuseseitig dem Ringkanal (30) zu­ geordnet ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (30) und das Verschlußstück (32) in einer Zwischenwand (8) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (32) mit einem Kolben (36) verbunden ist und/oder von mindestens einer Feder (33) beaufschlagt ist.