DE4104937A1 - Fluessigkeitssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitssensor, der auf das Vorhandensein einer Flüssigkeit in einer Leitung anspricht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Sensoren werden u. a. in Anlagen zum automatischen Beschichten von Kraftfahrzeugrohkarossen oder sonstigen Gegenständen benötigt. Zur Steuerung einer solchen Anlage ist es beispielsweise üblich, ein sogenanntes Andrück­ programm zu erstellen, das die Zeiten festlegt, zu denen einer Sprühvorrichtung von einem Farbwechsler Lack mit häufig wechselnden Farben zugeführt werden muß. Hierbei werden Schläuche gegebener Länge mit einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge gefüllt und bei einem Farbwechsel entleert und gereinigt, so daß zwischen aufeinanderfolgenden Farben jeweils Luft durch die Leitung fließt. Damit die jeweils benötigte Farbe zum richtigen Zeitpunkt verfügbar ist, muß der betreffende Lack rechtzeitig zur Sprühvorrichtung "angedrückt" werden, wobei eine ausreichende Farbandrückzeit einprogrammiert wurde. Das jeweils überschüssige Material wird durch eine Rückführleitung entsorgt. Da das Beschich­ tungsmaterial z. B. je nach Farbton sehr unterschiedliche Fließeigenschaften haben kann, die sich aus praktischen Gründen im Programm kaum berücksichtigen lassen, richtete sich die Farbandrückzeit nach dem Material mit dem schlech­ testen Fließverhalten. Infolgedessen ergaben sich beim Farbwechsel erhebliche Farbverluste. Es besteht deshalb Bedarf an einem geeigneten Sensor, der die theoretisch errechneten Zeitwerte zur Steuerung der Anlage durch ge­ messene Werte, also durch Zeitsignale ersetzt, die das tatsächliche Erscheinen des Beschichtungsmaterials beispiels­ weise an der Sprühvorrichtung melden. Insbesondere kann der Flüssigkeitssensor in die Rückführleitung an der Sprühvor­ richtung unmittelbar nach einem dort vorgesehenen Rückführ­ ventil eingebaut werden und beim Farbeintritt in den Sensor verzögerungsfrei den Andrückzyklus, also den Farbvorlauf beenden. Nützlich kann auch ein Signal sein, das von dem Sensor beim Verschwinden des Beschichtungsmaterials oder einer sonstigen zu überwachenden Flüssigkeit an der Meß­ stelle erzeugt wird.

Ein anderer Anwendungsfall ist das Melden des Eindringens von Beschichtungsmaterial oder einer sonstigen Flüssigkeit in eine Leitung, in der an sich nur ein anderes Medium fließen soll, etwa in eine pneumatische Steuerleitung. Dies kann beispielsweise in einem Membranventil für Beschich­ tungsmaterial vorkommen, wenn die Membran undicht wird. Der Flüssigkeitssensor sorgt dann nach Art einer sogenannten "Mediumsperre" für eine Unterbrechung der Materialzufuhr.

Ein besonderes Problem besteht bei den heute üblichen elektrostatisch arbeitenden Beschichtungsanlagen darin, daß ggf. zu verwendende Flüssigkeitssensoren hochspannungs­ fest und/oder explosionssicher sein müssen. Das Beschich­ tungsmaterial kann elektrisch mehr oder weniger leitend sein und über die an Hochspannung liegende Sprühvorrichtung aufgeladen werden und/oder es kann explosionsgefährliche organische Lösungsmittel enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde besonders für elektrostatisch arbeitende automatische Beschichtungsanlagen geeignete Flüssigkeitssensoren zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 10 gekennzeichneten Flüssigkeitssensoren gelöst.

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit einer Signalerzeugung, die es erlaubt, den gesamten Sensor auf Hochspannung aufzuladen.

Ausgestaltungen und bevorzugte Verwendungsbeispiele der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnung werden zwei verschiedene Ausführungs­ beispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen durch Druckerhöhung an einer Membran ansprechenden Sensor; und

Fig. 2 einen mit Lichtmessung arbeitenden Sensor.

Der in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitssensor hat ein Gehäuse, das aus zwei einander mit ebenen Stirnflächen zugewandten Gehäusehälften 1, 2 besteht, die durch Schrauben 3 zusammenngehalten werden.

In der unteren Gehäusehälfte 1 befindet sich eine Meß­ strecke, die zwischen einem Eingangsanschluß 4 und einem Ausgangsanschluß 5 verläuft, wie im einzelnen der Zeichnung zu entnehmen ist. An die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 4, 5 werden z. B. Schlauchenden der Leitung (nicht dargestellt) angeschlossen, in der die zu meldende Flüssigkeit fließen kann. Aus dem Eingangsanschluß 4 führt ein Einlaßabschnitt der Meßstrecke in eine allgemein trichterförmige Meßkammer 7, deren Achse senkrecht zu der des Eingangsanschlusses 4 liegt, und die an ihrem unteren Trichterausgang mit ab­ gerundeten Wänden in einem koaxialen allgemein zylindrischen oder sich konisch nach unten verjüngenden Auslaßabschnitt 8 mündet, der zum Ausgangsanschluß 5 führt.

Zwischen die parallel zur Achse des Eingangsanschlusses 4 und senkrecht zur Achse des Auslaßabschnitts 8 liegenden Stirnflächen der beiden Gehäusehälften 1, 2 ist eine elastische Membran 10 eingespannt, in deren Mitte sich eine um die Achse des Auslaßabschnitts 8 liegende Öffnung befindet, in der ein als Betätigungsglied dienender Drosselstößel 11 der dargestellten Form mit einem Schaft 12 eingesetzt und auf der Membranrückseite mit einer z. B. aufgeschraubten Scheibe 13 befestigt ist. Der auf der (in der Zeichnung unten liegenden) Membranvorderseite befind­ liche Kopf 14 des Stößels 11 verjüngt sich von einem gegen den Schaft 12 verbreiterten Rand stetig bis zu seinem unteren Ende, das in den Trichterausgang der Meßkammer 7 und in das damit übereinstimmende trichterartige Einlaßende des Auslaßabschnitts 8 hineinragt. Die Form des Stößelkopfes 14 ist so an die abgerundete Innenwand der Meßkammer 7 und des Auslaßabschnitts 8 angepaßt, daß dazwischen konzentrisch zu der Achse des Auslaßabschnitts ein Ringspalt gleichmäßiger Breite und damit eine noch zu erläuternde Drosselstelle 16 gebildet wird. Die Unterseite der Memran 10 und die im Spaltbereich konkav gewölbten Außenwände des Stößelkopfes 14 begrenzen die Meßkammer 7 auf ihrer den Innenwänden der unteren Gehäusehälfte 1 gegenüberliegenden Seite. Die Meßkammer und die übrigen Abschnitte der Meßstrecke sollen gut spülbar ausgebildet sein.

Es kann zweckmäßig sein, wenn der Einlaßabschnitt 6 in einer Richtung in die Meßkammer 7 mündet, die gegen die Membran führt und folglich mit der auf den Achsen des Auslaßab­ schnitts 8 und des Drosselstößels 11 liegenden Bewegungs­ richtung des Stößels einen mehr oder weniger spitzen Winkel bildet.

Der Schaft 12 des Stößels 11 ist auf der Membranrückseite in der oberen Gehäusehälte 2 gegen die Kraft einer Druckfeder 17 verschiebbar gelagert, die auf eine den Schaft 12 um­ gebende Buchse 9 aufgesetzt ist und sich ihrerseits bei 19 auf einem Gehäuserand abstützt.

Die beschriebene Anordnung ist so justiert, daß im Ruhe­ zustand bei fehlender Flüssigkeit die Membran 10 den Stößel­ kopf 14 in einem kleinen Abstand von den Trichterwänden der Kammer 7 und des Auslaßabschnitts 8 hält, also an der Drosselstelle 16 ein Ringspalt offen ist, durch den ein Medium relativ geringer Viskosität wie Luft praktisch unge­ hindert vom Eingangsanschluß 4 zum Ausgangsanschluß 5 strömen kann, ohne den Drosselstößel 11 wesentlich aus seiner Ruheposition wegzudrücken. Sobald aber eine Flüssig­ keit durch die angeschlossene Leitung in die Meßkammer 7 gepumpt wird, kann diese aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften die Drosselstelle 16 nicht ohne Druckerhöhung in der Meßkammer 7 passieren. Die Druckerhöhung beaufschlagt die Membran 10 und damit den Drosselstößel 11, der folglich gegen die Kraft der in der oberen Gehäusehälfte 2 angeord­ neten Druckfeder 17 nach oben gedrückt wird, wodurch sich der Ringspalt an der Drosselstelle 16 selbsttätig ver­ größert. Im weiteren Verlauf stellt sich ein Gleichgewichts­ zustand ein, so daß auch die durch die Leitung gepumpte Flüssigkeit ungehindert ihr Ziel erreicht. Wenn die Flüssig­ keitszufuhr aufhört und beispielsweise wieder Luft durch die Meßstrecke gepumpt wird, kehrt die Anordnung in ihre dargestellte Ruheposition zurück.

In Abwandlung des erläuterten Ausführungsbeispiels kann die Anordnung auch so justiert sein, daß einströmende Luft oder sonstiges Fluid geringerer Viskosität zum Erreichen des Ausgangsanschlusses zunächst den Spalt an der Drosselstelle schafft oder vergrößert, ohne daß hierdurch bereits ein Signal ausgelöst wird, weil der Bewegungsweg des Drossel­ stößels hierfür noch zu gering ist.

Die durch die Flüssigkeit erzwungene Bewegung des Drossel­ stößels 11 entsprechend dem dargestellten Doppelpfeil längs der Achsen des Auslaßabschnitts 8, des Stößels und der Membran 10 wird auf der zu der Meßkammer 7 entgegengesetzten Membranseite zur Erzeugung eines Schaltsignals ausgenutzt. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Eine erste Möglichkeit ist die Betätigung eines bei 18 an der oberen Gehäusehälfte 2 angebrachten Näherungsschalters oder Initiators an sich üblicher Art durch das obere, der Drosselstelle 16 abgewandte Ende des Stößelschaftes 12, der in der dargestellten Ruheposition einen Abstand von dem Initiator hat, bei dem noch keine Betätigung erfolgt. Statt­ dessen kann der Stößelschaft 12 an seinem oberen Ende auch ein Reflexionselement tragen, das bei Annäherung an die Stirnfläche einer in doppelter Richtung leitenden Licht­ wellenleiteranordnung (nicht dargestellt) in an sich bekannter Weise die optoelektronische Erzeugung eines Schaltsignals auslöst.

Eine weitere Möglichkeit die unmittelbare Betätigung eines am Sensorgehäuse angeordneten, beispielsweise pneumatischen Schaltventils durch das obere Stößelende.

Die Ausführungsform mit einem Initiator hat den Vorteil, daß sie besonders einfach ist. Dagegen sind die Ausführungs­ formen mit Lichtwellenleitern oder einem Pneumatikventil (oder Strömungsschaltern) dann zu bevorzugen, wenn der gesamte Sensor wegen seiner Anordnung in der Nähe einer auf Hochspannung liegenden Sprühvorrichtung selbst auf diese Spannung aufgeladen wird, die nicht durch elektrische Signal­ leitungen in das Steuersystem der Anlage übertragen werden darf.

Alle Schaltelemente könnten auch indirekt über einen je nach Fall isolierenden oder elektrisch leitenden Bowdenzug oder dergl. betätigt werden.

Fig. 2 zeigt einen nach einem anderen Prinzip arbeitenden Flüssigkeitssensor. Er enthält eine die Meßstrecke bildende Rohrleitung in Gestalt eines aus Glas oder glasartigem oder jedenfalls transparentem und glattem Werkstoff bestehenden zylindrischen Rohres 27, das in eine durch einen Gehäuse­ körper 21 führende Bohrung koaxial zwischen zwei als Eingang bzw. Ausgang dienenden Anschlüssen 24 bzw. 25 eingesetzt ist. Mit den durch das Glasrohr 27 verbundenen Anschlüssen 24, 25 wird der Flüssigkeitssensor in die beispielsweise aus Schläuchen bestehende Leitung eingebaut, in der die zu meldende Flüssigkeit fließen kann. An den Verbindungs­ stellen zwischen dem Glasrohr 27 und den Anschlüssen 24, 25 kann je eine Dichtung 20 eingesetzt sein.

Senkrecht zur Achse des Glasrohrs 27 führt durch den Gehäusekörper 21 eine weitere Bohrung, in die von entgegen­ gesetzten Richtungen jeweils Lichtwellenleiter 22 bzw. 23 eingesetzt sind, die auf einander gegenüberliegenden Be­ reichen des Glasrohres 27 an dessen lichtdurchlässiger Wand enden. Der eine Lichtwellenleiter führt zu einem Licht­ sender, der andere zu einem Lichtempfänger (nicht darge­ stellt) zur optoelektronischen Signalerzeugung in an sich bekannter Weise. Zum Schutz der Anordnung dient eine äußere Abdeckung 28, unter der die Lichtwellenleiter 22, 23 jeweils um 90° abgebogen und parallel zur Rohrachse aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Der Gehäusekörper 21 könnte z. B. aus um das Glasrohr 27 und die Lichtwellenleiter 22, 23 gegossenem oder geformtem Kumststoff bestehen. Zwischen dem Gehäuse­ körper 21 und der Abdeckung 28 befinden sich auf der den abgebogenen Lichtwellenleiterteilen abgewandten Seite dar­ stellungsgemäß Distanzplatten 29.

Die Anordnung mit den Lichtwellenleitern 22, 23 bildet eine Lichtstrecke, die bei Änderung der Lichtdurchlässigkeit des Glasrohrs 27 infolge hindurchfließender Flüssigkeit (Farbe) die optoelektronische Erzeugung eines Signals durch den er­ wähnten Lichtempfänger auslöst. Ein Schaltsignal kann sowohl bei Unterbrechung des Lichtes als auch dann erzeugt werden, wenn nach Beendigung des Flüssigkeitsflusses ein anderes Medium wie Luft durch das Glasrohr fließt (beispielsweise gepumpt wird).

Die Empfindlichkeit der Lichtmeßanordnung kann an die jeweils zu meldende Flüssigkeit (Farbe) angepaßt werden.

Statt des zu einem Lichtempfänger führenden Lichtleiters 23 könnte man auch auf der dem Ende des Lichtwellenleiters 22 gegenüberliegenden Seite des Glasrohrs 27 einen Licht­ reflektor anordnen und den noch vorhandenen einzigen Licht­ wellenleiter so ausbilden, das er doppelt gerichtet sowohl Licht von einem Sender zuführt als auch reflektiertes Licht zu einem Empfänger zur Signalerzeugung zurückleitet. Darüber­ hinaus gibt es im Rahmen der Erfindung noch weitere Möglich­ keiten von Lichtstrecken zur Messung der Lichtdurchlässig­ keit des Glasrohres 27.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung hat einen äußerst einfachen und kompakten Aufbau und zeichnet sich dadurch aus, daß der Flüssigkeitssensor ohne bewegliche Teile und unabhängig von dem jeweiligen Druck des hindurchfließenden Mediums arbeitet. Wesentlich ist ferner, daß die Meßstrecke in Form des Glasrohres mit naturgemäß glatten Innenflächen sehr einfach gereinigt werden kann.

Bei der erwähnten Anwendung in einer Beschichtungsanlage erfolgt die Reinigung der Meßstrecke in der Regel auto­ matisch durch den ohnehin bei Farbwechseln zyklisch er­ forderlichen Spülvorgang. In anderen Fällen wie z. B. bei Verwendung für eine "Mediumsperre" kann das Glasrohr des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 nicht nur leicht gereinigt, sondern auch einfach ausgewechselt werden, wenn man den Gehäusekörper 21 entsprechend ausbildet.

Eine z. B. bei einem Farbwechsel u. U. wichtige weitere Verwendungsmöglichkeit der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Überprüfung der einwandfreien Spülung einer Leitung und/oder des Sensors selbst. Nur bei einwandfreier Spülung wird das Glasrohr nach einem Farbfluß wieder so transparent, daß Licht in dem zum Signalwechsel erforderlichen Maß durchgelassen wird. Bei unzureichender Spülung kann der Sensor auch funktionsunfähig werden.

Claims (16)

1. Flüssigkeitssensor, der auf das Vorhandensein einer Flüssigkeit in einer Leitung anspricht, mit einem Sensor­ gehäuse,
das die Verbindung mit der Leitung herstellende Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
und zwischen ihnen eine Meßstrecke enthält, durch die die zu meldende Flüssigkeit fließt
umd mit einer an der Meßstrecke angeordneten Meldeeinrichtung, die beim Erscheinen der Flüssigkeit in der Meßstrecke ein für Schaltvorgänge ausnutzbares Signal erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke eine Drosselstelle (16) mit verengtem Strömungsquerschnitt enthält, die von einer Innenwand des Sensorgehäuses (1) und einem gegen eine Federkraft bewegbar gelagerten Betätigungs­ glied (11) zum Steuern der Meldeeinrichtung (18) gebildet wird, und daß die Drosselstelle (16) so ausgebildet ist, daß das Betätigungsglied (11) durch die Druckerhöhung beim Erscheinen der zu meldenden Flüssigkeit an der Drossel­ stelle (16) zur Erzeugung des Signals bewegbar ist, während ein anderes durch die Verengung weniger behindertes Medium (Luft) ohne Signalerzeugung durchgelassen wird.

2. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied ein Drosselstößel (11) ist, der an einer in dem Sensorgehäuse (1) eingespann­ ten, die Meßstrecke zum Teil begrenzenden elastischen Membran (10) angeordnet ist.

3. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (16) durch einen zu dem Ausgangsanschluß (5) führenden, zu der Bewegungsrichtung des Drosselstößels (11) koaxialen zylindrischen und/oder konischen Auslaßabschnitt (8) der Meßstrecke gebildet wird, in dessen sich trichterartig erweiterndes Einlaßende der Drosselstößel mit einem an die abgerundete Form dieses Endes angepaßten Stößelkopf (14) hineinragt.

4. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vom Eingangsanschluß (4) ein Einlaßabschnitt (6) der Meßstrecke in eine die Außenflächen des Drossel­ stößels (11) umgebenden und auf ihrer dem Auslaßabschnitt (8) abgewandten Ende von der Membran (10) begrenzten Meß­ kammer (7) mündet, die sich an das trichterartige Einlaßende des Auslaßabschnitts (8) anschließt.

5. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) quer zur Bewegungsrich­ tung des Drosselstößels (11) zwischen zwei das Sensorgehäuse bildenden zusammengeschraubten Gehäusehälften (1, 2) ein­ gespannt ist.

6. Flüssigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (11) gegen die Kraft einer Druckfeder (17) bewegt wird.

7. Flüssigkeitssensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (11) einen an dem Sensorgehäuse (2) angeordneten Näherungsschalter betätigt.

8. Flüssigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (11) ein Reflexionselement bewegt, das mit einer Lichtwellenleiter­ anordnung zur optoelektronischen Erzeugung eines Signals zusammenwirkt.

9. Flüssigkeitsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (11) ein an dem Sensorgehäuse angeordnetes pneumatisches oder sonstiges Schaltventil betätigt.

10. Flüssigkeitssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßstrecke in dem Sensor­ gehäuse (21) eine die Ein- und Ausgangsanschlüsse (24, 25) verbindende Rohrleitung (27) mit wenigstens teilweise licht­ durchlässigen Wänden angeordnet ist, und daß eine die Rohrleitung (27) durchquerende Licht­ strecke (22, 23) vorgesehen ist, die bei Änderung der Licht­ durchlässigkeit der Rohrleitung (27) infolge der durch die Meßstrecke fließenden Flüssigkeit die Erzeugung des Signals bewirkt.

11. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtstrecke durch zwei aufeinander gegenüberliegenden Bereichen der lichtdurchlässigen Rohr­ leitung (27) endende Lichtwellenleiter (22, 23) gebildet ist, von denen der eine Leiter zu einem Lichtsender und der andere Leiter zu einem das Signal erzeugenden Lichtempfänger führt.

12. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Rohrleitung aus einem zylindrischen Rohr (27) aus Glas oder glasartigem Werkstoff besteht, das koaxial zwischen den Ein- und Aus­ gangsanschlüssen (24, 25) senkrecht zu der Lichtstrecke (22, 23) angeordnet ist.

13. Flüssigkeitssensor nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Glasrohr (27) und die Lichtwellenleiter (22, 23) in Bohrungen eines gemeinsamen Gehäusekörpers (21) eingesetzt sind.

14. Verwendung eines Flüssigkeitssensors nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer Anlage zum automatischen Beschichten von Gegenständen zum Melden des Erscheinens oder Verschwindens des Beschichtungsmaterials in einer Leitung, die von einem Farbwechsler oder sonstigen Anlagenelement zu einer Sprühvorrichtung oder von einer Sprühvorrichtung in eine Entsorgungseinrichtung führt, wobei ein bei Erscheinen des Beschichtungsmaterials in dem Sensor erzeugtes Signal zum Betätigen eines in die Leitung geschalteten Ventils verwendet wird.

15. Verwendung eines Flüssigkeitssensors nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Melden des Eindringens einer Flüssig­ keit in eine Leitung, in der sich nur ein anderes Medium (Luft) befinden soll.

16. Verwendung des Flüssigkeitssensors nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zur Überprüfung der einwandfreien Spülung einer Leitung nach dem Durchströmen einer Farb- oder sonstigen Flüssigkeit und zur Erzeugung eines Signals bei ungenügender Spülung.