EP0808665A2 - Kolbenventil - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a piston valve for liquids with potential separation between liquids on the input and output sides at different electrical potentials according to the preamble of claim 1.
- valve can be used to control electrically conductive liquids, such as water-based paint, which are sprayed with electrostatic charge. Potential differences of approximately 100 kV direct voltage can occur between the valve inlet and outlet.
- the invention is therefore based on the object of specifying a piston valve for liquids and with electrical isolation, which has a longer service life.
- a field strength reduction is achieved which leads to a significant improvement in the durability of the valve materials.
- an electrical field strength in the valve body of less than 20 kV / mm can be achieved with potential differences of up to 200 kV.
- the desired field strength reduction can be set by suitable electrode design and by additional electrodes.
- Figures 1 and 2 show a schematic representation of a preferred valve design.
- a valve piston 1 which is movable therein and which is also made of an electrically insulating material.
- Suitable materials for the electrically insulating cylinder 5 are ceramics and in particular glasses, for example borosilicate glasses.
- the piston is provided with sealing rings 10.
- the piston 1 is displaced in the cylinder 5 with the aid of a pneumatic, hydraulic or electrical drive (not shown), as a result of which a liquid inlet 12 is opened, as shown in FIG. 1, or is closed, as in FIG is shown.
- an additional insulation liquid 14 can also be pressed into the space between valve piston 1 and cylinder 5. This additional insulation liquid 14 should be selected in a media-specific manner since it contaminates the liquid 8 controlled by the valve. If the controlled liquid 8 is water-based paint, paraffin oil offers itself as an additional insulation liquid 14.
- a control electrode 2 is arranged on an extension 11 of the cylinder 5.
- the extension 11 is made of metal.
- this extension can also be made from the electrically insulating material of the cylinder 5 instead of metal.
- the metal should be chemically resistant to the medium, e.g. Be water-based paint.
- a suitable material for the extension 11 is steel.
- the metallic extension 11 can be connected to the electrically insulating cylinder 5, for example by gluing or melting, the connection point being smoothed inside so that the valve piston 1 can slide over the connection point.
- the metallic extension 11 shown is shaped to the control electrode 2, so that there is an electrical connection between the control electrode 2 and the liquid 8.1 located at an outlet 9. If the extension is not made of metal, but of electrically insulating material, e.g. Glass is made, the control electrode 2 is placed and melted so that there is also an electrical connection between the liquid 8.1 and the electrode 2.
- An electrode shape with a radius of curvature of at least three millimeters is particularly suitable. The control electrode 2 is therefore always at the potential of the liquid 8.1 on the outlet side and causes a field strength reduction at the valve.
- Electrical insulation from the outside can be achieved by enveloping the valve arrangement with an electrical insulation means 3, for example polyethylene. If a liquid insulation medium, for example an oil, is used, a correspondingly tight housing 4 around the insulation medium 3 is necessary.
- additional electrodes 6, 7 can be arranged to further reduce the field strength.
- a first additional electrode 6 is arranged on a further extension 11.1. Both for the further extension 11.1 and for the first additional electrode 6, the description of the extension 11 or electrode 2 applies analogously with regard to material, design and potential.
- a second additional electrode 7 is arranged on a feed line 15 and is at ground potential.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolbenventil für Flüssigkeiten mit Potentialtrennung zwischen ein- und ausgangsseitig auf unterschiedlichem elektrischem Potential befindlichen Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein solches Kolbenventil und auch eine typische Auswendung ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 93/23173 bekannt. Das Ventil ist einsetzbar zur Steuerung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten, wie beispielsweise Farblacken auf Wasserbasis, die mit elektrostatischer Aufladung versprüht werden. Zwischen Ventilein- und -auslaß können Potentialdifferenzen von etwa 100 kV Gleichspannung auftreten.
- Bei der Erprobung solcher Ventile hat sich gezeigt, daß die betrieblich auftretenden Potentialdifferenzen hohe elektrische Feldstärken zur Folge haben, die wiederum zu einer elektrischen Alterung" der in den Ventilen verwendeten Materialien führen. Es ergeben sich dadurch unzureichende Standzeiten der Ventile, insbesondere im Fall einer Anwendung zur elektrostatischen Serienlackierung von Automobilen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kolbenventil für Flüssigkeiten und mit Potentialtrennung anzugeben, das eine längere Standzeit aufweist.
- Diese Aufgabe wird bei einem Kolbenventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
- Mit der vorgeschlagenen Gestaltung des Kolbenventils, also durch Anordnung wenigstens einer Steuerelektrode, die auf dem ausgangsseitigen Flüssigkeitspotential liegt, wird eine Feldstärkeerniedrigung erzielt, die zu einer deutlichen Verbesserung der Haltbarkeit der Ventilwerkstoffe führt. Mit geeignet geformten Steuerelektroden läßt sich bei Potentialunterschieden bis 200 kV eine elektrische Feldstärke im Ventilkörper von weniger als 20 kV/mm erzielen. Die gewünschte Feldstärkereduzierung läßt sich durch geeignete Elektrodengestaltung und durch Zusatzelektroden einstellen.
- Eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand einer Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Ventil in geöffnetem Zustand,
- Fig. 2
- ein Ventil in geschlossenem Zustand.
- Die Figuren 1 und 2 zeigen in einer schematisierten Darstellung eine bevorzugte Ventilgestaltung.
- In einem Zylinder 5 aus einem elektrisch isolierendem Material ist ein darin bewegbarer Ventilkolben 1 angeordnet, der ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. Geeignete Materialien für den elektrisch isolierenden Zylinder 5 sind Keramiken und insbesondere Gläser, beispielsweise Borosilikat-Gläser. Der Kolben ist mit Dichtringen 10 versehen.
- Zum Schließen oder Öffnen des Ventils wird der Kolben 1 mit Hilfe eines nicht dargestellten pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Antriebs im Zylinder 5 verschoben, wodurch ein Flüssigkeitseinlaß 12 freigegeben wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, oder verschlossen wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
- Im geschlossenen Zustand befindet sich zwischen dem mit den Dichtungsringen 10 versehenen Kopfbereich des Kolbens 1 und dem Flüssigkeitseinlaß 12 ein Zylinderteil 5.1, der eine elektrische Isolierung zwischen einer auf Erdpotential befindlichen eingangsseitigen Flüssigkeit 8 und einer auf Hochspannungspotential liegenden ausgangsseitigen Flüssigkeit 8.1 bewirkt. Zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit kann noch zusätzlich in den Zwischenraum zwischen Ventilkolben 1 und Zylinder 5 eine zusätzliche Isolationsflüssigkeit 14 gedrückt werden. Diese zusätzliche Isolationsflüssigkeit 14 sollte medienspezifisch gewählt werden, da sie die durch das Ventil gesteuerte Flüssigkeit 8 verunreinigt. Wenn die gesteuerte Flüssigkeit 8 Wasserlack ist, bietet sich Paraffinöl als zusätzliche Isolationsflüssigkeit 14 an.
- Auf einer Verlängerung 11 des Zylinders 5 ist eine Steuerelektrode 2 angeordnet. Im dargestellten Beispiel ist die Verlängerung 11 aus Metall hergestellt. Diese Verlängerung kann jedoch statt aus Metall auch aus dem elektrisch isolierenden Material des Zylinders 5 hergestellt werden. Im Fall einer metallischen Verlängerung 11 sollte das Metall chemisch restistent gegen das Medium, z.B. Wasserlack sein. Ein geeigneter Werkstoff für die Verlängerung 11 ist Stahl. Die metallische Verlängerung 11 kann mit dem elektrisch isolierenden Zylinder 5 beispielsweise durch Kleben oder Schmelzen verbunden werden, wobei die Verbindungsstelle innen so geglättet ist, daß der Ventilkolben 1 über die Verbindungsstelle gleiten kann.
- Die dargestellte metallische Verlängerung 11 ist zur Steuerelektrode 2 ausgeformt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektrode 2 und der an einem Ausgang 9 befindlichen Flüssigkeit 8.1 besteht. Wenn die Verlängerung nicht aus Metall, sondern aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Glas hergestellt ist, wird die Steuerelektrode 2 so aufgesetzt und eingeschmolzen, daß ebenfalls eine elektrische Verbindung zwischen der Flüssigkeit 8.1 und der Elektrode 2 besteht. Besonders geeignet ist eine Elektrodenform, deren Krümmungsradius mindestens drei Millimeter beträgt. Die Steuerelektrode 2 liegt also immer auf dem Potential der ausgangsseitigen Flüssigkeit 8.1 und bewirkt eine Feldstärkeerniedrigung am Ventil.
- Eine elektrische Isolation nach außen, also gegenüber der Umgebung kann durch Umhüllen der Ventilanordnung mit einem elektrischen Isolationsmittel 3, z.B. Polyäthylen erreicht werden. Wenn ein flüssiges Isolationsmittel, z.B. ein Öl benutzt wird, ist ein entsprechendes dichtes Gehäuse 4 um das Isolationsmittel 3 notwendig.
- Wie in den Zeichnungsfiguren dargestellt ist, können zur weiteren Feldstärkeerniedrigung noch zusätzliche Elektroden 6, 7 angeordnet werden. Auf einer weiteren Verlängerung 11.1 ist eine erste zusätzliche Elektrode 6 angeordnet. Sowohl für die weitere Verlängerung 11.1, wie auch für die erste zusätzliche Elektrode 6 gelten bezüglich Material, Ausführung und Potential sinngemäß die Beschreibung zur Verlängerung 11 bzw. Elektrode 2.
- In einem dem Flüssigkeitseinlaß 12 vorgeschalteten Einlaßbereich 13 ist auf einer Zuleitung 15 eine zweite zusätzliche Elektrode 7 angeordnet, die sich auf Erdpotential befindet.
Claims (11)
- Kolbenventil zur Steuerung des Durchflusses einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (8), wobei- das Kolbenventil einen Zylinder (5) aufweist, mit einem darin befindlichen Kolben (1) und Mitteln (10) zur Dichtung zwischen Zylinder (5) und Kolben (1), und- Mittel (5.1, 1) zur elektrischen Isolierung seines Flüssigkeitseinlasses (12) von seinem Flüssigkeitsauslaß (9) vorhanden sind, so daß bei geschlossenem Ventil eine auf Erdpotential befindliche Flüssigkeit (8) von einer auf Hochspannungspotential befindlichen Flüssigkeit (8.1) potentialgetrennt ist,dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) eine Verlängerung (11) aufweist, an der wenigstens eine Steuerelektrode (2) angeordnet ist, die sich auf demselben elektrischen Potential wie die Flüssigkeit (8.1) am Flüssigkeitsauslaß (9) befindet.
- Kolbenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (5) und die Verlängerung (11) aus einer Keramik oder einem Glas bestehen und die Steuerelektrode (2) in die Verlängerung so eingeschmolzen ist, daß sie die innerhalb der Verlängerung (11) befindliche Flüssigkeit (8.1) kontaktiert.
- Kolbenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (11) aus einem Metall besteht und die Steuerelektrode (2) an die Verlängerung (11) angeformt ist.
- Kolbenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Verlängerung (11) mit dem elektrisch isolierenden Zylinder (5) verklebt oder verschmolzen ist.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Zylinder, Verlängerung und Elektrode (5, 11, 2) mit einem elektrischen Isolierstoff (3) umhüllt ist.
- Kolbenventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in ein Gehäuse (4) eingesetzt ist, das im Fall einer Verwendung eines flüssigen Isolierstoffs (3) flüssigkeitsdicht ausgeführt ist.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Verlängerung (11) mit der Steuerelektrode (2) eine weitere Verlängerung (11.1) anschließt, die aus demselben Material wie die Verlängerung (11) ist und an der eine erste zusätzliche, auf dem Potential der Flüssigkeit (8.1) am Auslaß (9) befindliche Steuerelektrode (6) angeordnet ist.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem, dem Flüssigkeitseinlaß (12) vorgeschalteten Einlaßbereich (13) eine zweite zusätzliche Steuerelektrode (7) angeordnet ist, die auf Erdpotential liegt.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Kolben (1) und dem Zylinder (5) eine zusätzliche elektrisch isolierende Flüssigkeit (14) befindet.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 6, 7) aus einem Metall oder aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellt sind.
- Kolbenventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Krümmungsradien an den Elektroden (2, 6, 7) drei Millimeter oder größer sind.
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