ИГОЛЬЧАТЫЙ КЛАПАН Российский патент 2019 года по МПК B05B7/04 B05B7/12 

Изобретение касается игольчатого клапана для управления жидкостным потоком кроющего средства в установке для нанесения покрытий, в частности для управления потоком двухкомпонентной смеси из двух компонентов кроющего средства (напр., основного лака и отвердителя).

Из уровня техники известны двухкомпонентные лаки (лаки 2K), которые состоят из двух компонентов, а именно, отвердителя (напр., изоцианата) и основного лака. При нагнетании таких лаков в лакокрасочной установке в качестве запорных клапанов обычно находят применение игольчатые клапаны, которые имеют смещаемую иглу клапана. При этом игла клапана проходит через клапанную камеру, которая при эксплуатации наполнена лаком 2K, при этом клапанная камера уплотнена относительно привода клапана, действующего на иглу клапана, уплотнительным кольцом. При этом уплотнительное кольцо скользит своей внутренней стороной по наружной боковой поверхности иглы клапана и прилегает своим наружным периметром к внутренней стенке клапанной камеры.

При этом проблематичным является тот факт, что отвердитель (напр., изоцианат), как правило, реагирует с водой и затем отверждается. При этом уже самые малые количества воды достаточны для запуска процесса отверждения, так что, например, нормальная влажность воздуха уже приводит к отверждению. Это проблематично, потому что лак 2K или применяемый отвердитель очень способный к прониканию и является низковязким, и поэтому уплотнительное кольцо может ходить вокруг иглы клапана, так что лак 2K или, соответственно, отвердитель может выступать из наполненной лаком клапанной камеры в область привода клапана. В частности, при продолжительных простоях (напр., в конце недели) это может приводить к нежелательному отверждению лака 2K, соответственно, отвердителя. Например, отвержденный лак 2K может заклеивать иглу клапана в седле клапана. Помимо этого, лак 2K может прилипать к игле клапана и затем в отвержденном состоянии повреждать окружающее уплотнительное кольцо, что приводит к неплотности. Кроме того, отвержденные отложения в седле клапана могут приводить к тому, что клапан больше не будет закрываться. Далее, отверждения могут приводить к тому, что клапан будет закрываться медленнее.

Особенно проблематичен отказ клапана, когда клапан больше не может открываться, так как тогда выше по потоку перед клапаном может произойти нарушение избыточного давления, которое в экстремальном случае может привести к лопанию подводящих шлангов, из-за чего может выступать лак 2K, соответственно, отвердитель, что тогда влечет за собой значительные простои для работ по чистке и ремонту.

Другая проблема заключается в том, что в обычных сегодня лаках 2K часто содержатся абразивные нано-частицы, которые приводят к преждевременному износу уплотнения иглы уплотнительным кольцом.

Наконец, в области острия иглы может происходить химическая реакция между рабочей средой (лак 2K, соответственно, отвердитель), с одной стороны, и материалом острия иглы, соответственно, седла клапана, что тоже может приводить к склеиванию, из-за чего клапан больше не может открываться.

Общий технический фон заявленного изобретения может иллюстрироваться публикациями US 6 267 302, EP 1 250 964 A2, US 2013/284285 A1.

Кроме того, известно решение согласно JP 2007-275753, которое касается игольчатого клапана согласно ограничительной части пункта 1 с мембраной, которая выполняет уплотняющую функцию. Однако, указанная мембрана не предназначена для перестановки сопловой иглы. Даже в случае этого клапана избыточное/повышенное давление выше по потоку от игольчатого клапана может приводить к повреждению подводящих шлангов.

Поэтому в основе изобретения лежит задача, создать соответственно улучшенный игольчатый клапан.

Эта задача решается с помощью предлагаемого изобретением игольчатого клапана по основному пункту формулы изобретения.

Изобретение включает в себя общую техническую концепцию того, что наполненная рабочей средой клапанная камера не уплотняется трущимся уплотнительным кольцом или уплотняется по меньшей мере не только им, как это происходит в вышеописанном уровне техники. Наоборот, изобретение предусматривает гибкую мембрану, которая кольцеобразно и герметично окружает смещаемую иглу клапана выше по потоку перед головкой иглы.

То есть изобретение состоит по существу из улучшенного игольчатого клапана для управления жидкостным потоком кроющего средства в установке для нанесения покрытий. Особенно подходит предлагаемый изобретением игольчатый клапан для управления потоком двухкомпонентной смеси, которая состоит из двух компонентов кроющего средства, таких как, например, основной лак и отвердитель (напр., изоцианат). Предлагаемый изобретением игольчатый капан подходит, однако, также для управления потоком одного отдельного кроющего средства, например, отвердителя (напр., изоцианата). Помимо того, предлагаемый изобретением игольчатый клапан подходит также вообще для управления жидкостными потоками кроющих средств (напр., лака) или прочих рабочих средств (напр., промывочного средства) в установке для нанесения покрытий.

Предлагаемый изобретением игольчатый клапан имеет, прежде всего, в соответствии с уровнем техники седло клапана и смещаемую иглу клапана, имеющую стержень иглы и головку иглы. При этом головка иглы может смещаться между закрытым положением и открытым положением. В закрытом положении головка иглы клапана закрывает седло клапана и тем самым запирает жидкостный поток. В открытом положении игла клапана, в отличие от этого, оторвана от головки иглы и тем самым высвобождает жидкостный поток.

Между открытым положением и закрытым положением в одном из вариантов изобретения могут непрерывно настраиваться разные промежуточные положения иглы клапана, для того, чтобы управлять жидкостным потоком не только качественно (открыто/закрыто), но и количественно, т.е. с настраиваемым гидравлическим сопротивлением. В другом варианте изобретения игольчатый клапан, в отличие от этого, управляет жидкостным потоком только количественно, при этом жидкостный поток либо высвобождается, либо запирается.

Итак, изобретение предусматривает, что окружающая иглу клапана и при эксплуатации наполненная рабочей средой клапанная камера уплотняется гибкой мембраной, которая кольцеобразно и герметично окружает иглу клапана выше по потоку перед головкой иглы. Гибкая мембрана надежно препятствует тому, чтобы кроющее средство (напр., отвердитель) выступало из наполненной рабочей средой клапанной камеры в направлении привода клапана и отверждалось там.

В одном из предпочтительных примеров осуществления изобретения игла клапана расположена в клапанной камере с возможностью смещения, при этом клапанная камера по меньшей мере на отдельных участках является цилиндрической. Тогда мембрана своей серединой предпочтительно герметично прилегает к стержню иглы клапана и прикреплена к стержню иглы клапана. Это означает, что мембрана не скользит по игле клапана, а совместно совершает движение смещения иглы клапана между открытым положением и закрытым положением. Это означает, что смещение иглы клапана приводит к соответствующему осевому отклонению мембраны. И наоборот, осевое отклонение мембраны, например, вследствие односторонней подачи давления на мембрану, приводит также к соответствующему смещению иглы клапана. Своим окружным краем мембрана, напротив, герметично прикреплена к внутренней стенке клапанной камеры. То есть мембрана позволяет получить в середине осевой ход, который имеет по меньшей мере такую величину, как осевое расстояние между закрытым положением и открытым положением иглы клапана, чтобы мембрана не мешала движению иглы клапана.

В одном из предпочтительных примеров осуществления изобретения игла клапана имеет привод клапана для смещения иглы клапана, при этом привод клапана может быть выполнен, например, в виде пневматического привода клапана, имеющего поршень, что собственно известно из уровня техники и поэтому не требует более подробного описания.

Помимо того, предлагаемый изобретением игольчатый клапан предпочтительно имеет впуск для кроющего средства для подвода кроющего средства (напр., лака 2K или отвердителя), при этом впуск для кроющего средства предпочтительно на обращенной от привода клапана стороне мембраны впадает в клапанную камеру, так что мембрана уплотняет привод клапана относительно наполненной кроющим средством клапанной камеры.

Кроме того, предлагаемый изобретением игольчатый клапан содержит выпуск для кроющего средства для выпускания кроющего средства, при этом выпуск кроющего средства предпочтительно впадает в седло клапана (оканчивается в седле клапана), так что кроющее средство в открытом положении иглы клапана может течь через седло клапана к выпуску для кроющего средства.

Выше уже было упомянуто, что предлагаемый изобретением игольчатый клапан может иметь привод клапана для смещения иглы клапана. В предпочтительном примере осуществления изобретения этот привод клапана включает в себя смещаемый поршень, который действует на иглу клапана, чтобы смещать иглу клапана. Привод поршня осуществляется предпочтительно пневматически. Для этого игольчатый клапан предпочтительно имеет впуск для управляющего воздуха для подвода управляющего воздуха, при этом управляющий воздух действует на поршень, чтобы смещать поршень и вместе с тем также иглу клапана.

Далее, предлагаемый изобретением игольчатый клапан включает в себя предпочтительно пружину клапана, которая действует с упругой силой на поршень или иглу клапана. При этом пружина клапана, с одной стороны, и управляющий воздух, с другой стороны, действуют предпочтительно в противоположных направлениях.

Кроме того, следует упомянуть, что упругая сила пружины клапана составляет предпочтительно по меньшей мере 20 Н, 40 Н или по меньшей мере 80 Н и/или самое большее 400 Н, 200 Н или 100 Н, что предпочтительно относится как к закрытому положению, так и к открытому положению пружины клапана.

В предпочтительном примере осуществления изобретения пружина клапана давит на иглу клапана в направлении закрытого положения, в отличие от чего управляющий воздух давит на иглу клапана через поршень в направлении открытого положения. При этом пружина клапана и головка иглы предпочтительно расположены на противоположных сторонах поршня.

При этом следует упомянуть, что поршень предпочтительно имеет относительно большой диаметр поршня для создания наибольшей возможной открывающей силы при движении иглы клапана в открытое положение. При этом следует учитывать, что открывающая сила зависит от эффективной поверхности поршня и вместе с тем также от диаметра поршня и от пневматического давления управляющего воздуха. Поэтому поршень имеет предпочтительно диаметр поршня по меньшей мере 5 мм, 10 мм, 15 мм, 20 мм, 25 мм, 30 мм, 32 мм или даже 35 мм. Предпочтительно диаметр поршня имеет такую величину, что при обычном давлении управляющего воздуха меньше 6 бар может реализовываться достаточно большая открывающая сила. Это целесообразно, потому что в лакокрасочных установках чаще всего и так уже имеются в распоряжении обычные сети сжатого воздуха 6 бар, которые тогда могут использоваться и для активирования предлагаемого изобретением игольчатого клапана. То есть таким образом можно обойтись без отдельной сети сжатого воздуха для активирования игольчатого клапана.

Выше уже упоминалось, что пружина клапана давит на иглу клапана предпочтительно в направлении закрытого положения, и причем с определенной закрывающей силой. Пневматический привод клапана, в отличие от этого, при пневматическом активировании давит на иглу клапана с определенной открывающей силой в направлении открытого положения. При этом открывающая сила пневматического привода клапана может быть на определенный избыток открывающей силы больше закрывающей силы, чтобы можно было надежно открывать игольчатый клапан, когда головка иглы прилипает к седлу клапана. Поэтому игла клапана предпочтительно рассчитана так, что избыток открывающей силы больше 20 Н, 40 Н, 60 Н, 80 Н, 100 Н, 120 Н или даже 180 Н.

Однако альтернативно существует также возможность, чтобы пружина клапана давила на иглу клапана в направлении открытого положения. Тогда управляющий воздух давит на иглу клапана предпочтительно в направлении закрытого положения. При этом варианте изобретения пружина клапана и головка иглы предпочтительно расположены на одной и той же стороне поршня.

При описании уровня техники выше уже указывалось на опасность того, что шланги для кроющего средства выше по потоку перед иглой клапана при нарушении избыточного давления, а также вследствие неправильного обслуживания или неправильной интерпретации нарушения избыточного давления могут лопаться, вследствие чего могут выступать лак 2K или отвердитель, что тогда приводит к продолжительным простоям, так как выступивший лак 2К, соответственно, выступивший отвердитель отверждается. После лопания дальнейшее нарушение избыточного давления не происходит. Когда операторы снова запускают установку в действие, то часть или большая часть количества лакокрасочного материала выступает из лопнувшего шланга и затопляет, напр., всю область ручной оси. Чаще всего неисправность обнаруживается только тогда, когда выступили уже несколько литров и происходят другие нарушения, напр., нарушение частоты вращения, так как отработанный воздух турбины больше не может улетучиваться из-за лака. Поэтому предлагаемый изобретением игольчатый клапан имеет функцию избыточного давления, которая при превышении определенного открывающего давления на впуске кроющего средства приводит к автоматическому открыванию клапана. Для этого находящееся в клапанной камере кроющее средство давит на мембрану, вследствие чего мембрана и вместе с тем также игла клапана выдавливается из закрытого положения в открытое положение, когда давление кроющего средства достаточно велико, чтобы преодолеть противоположно направленную силу пружины клапана. Поэтому мембрана предпочтительно имеет диаметр мембраны по меньшей мере 3 мм, 6 мм или 9 мм и/или самое большее 40 мм, 20 мм или 11 мм. Тогда открывающее давление кроющего средства на впуске для кроющего средства составляет по меньшей мере 8 бар (предпочтительно по меньшей мере 10 бар, 12 бар или 14 бар) и самое большее 35 бар (предпочтительно 18 бар или 16 бар). То есть закрывающая сила пружины должна адаптироваться к желаемому открывающему давлению и эффективному поперечному сечению мембраны так, чтобы давление кроющего средства в клапанной камере при превышении желаемого открывающего давления выдавливало мембрану и вместе с тем также иглу клапана из закрытого положения в открытое положение.

Кроме того, следует упомянуть, что седло клапана предпочтительно сужается в направлении течения под определенным углом седла, как и головка иглы сужается в направлении течения предпочтительно под определенным углом головки. В предпочтительном примере осуществления угол седла по существу равен углу головки. Например, угол седла может лежать в пределах 35°-50°, как и угол головки лежит предпочтительно в пределах 35°-50°, что обеспечивает оптимальное уплотнение. При этом больший угол головки улучшает проток рабочей среды у предлагаемых изобретением игольчатых клапанов, имеющих дополнительную мембрану, имеющих малые ходы иглы (прибл. 1,5 мм вместо 3 мм у традиционных игольчатых клапанов).

В предпочтительном примере осуществления изобретения в головку иглы клапана вставлен дополнительный уплотнительный элемент для уплотнения седла клапана в закрытом положении. Этот дополнительный уплотнительный элемент может состоять из другого материала, чем головка иглы клапана, при этом предпочтительно находит применение упругий материал, такой как, например, FFKM (перфторкаучук). Например, дополнительный уплотнительный элемент может быть привулканизирован к головке иглы. Однако существует также возможность вставки уплотнительного элемента в головку иглы, например, в кольцевой паз в головке иглы. При этом сама головка иглы может состоять, например, из титана или из титанового сплава, чтобы головка иглы была устойчива по отношению к химически агрессивным отвердителям лаков 2K.

Выше уже коротко упоминалось, что головка иглы и седло клапана предпочтительно по существу конически сужаются в направлении течения. При этом головка иглы может иметь кольцевой паз, в который может быть вставлен уже коротко упомянутый выше уплотнительный элемент. При этом может возникнуть та проблема, что действующая на иглу клапана закрывающая сила будет полностью восприниматься уплотнительным элементом, что тогда может привести к механической перегрузке и повреждению уплотнительного элемента. Это можно предотвратить тем, что головка иглы имеет жесткий упор и в закрытом положении опирается этим упором на седло клапана. То есть при закрывании клапана уплотнительный элемент в головке иглы нагружается давлением лишь настолько, пока игла клапана своим упором не соприкоснется с седлом клапана. Таким образом ограничивается сжатие уплотнительного элемента в головке иглы при закрывании клапана, что способствует долговечности уплотнительного элемента.

В предпочтительном примере осуществления изобретения этот упор образуется кольцеобразно проходящей по кругу опорной поверхностью, которая лежит в конической боковой поверхности головки иглы выше по потоку от уплотнительного элемента. При этом может существовать та проблема, что уплотнительный элемент уплотняет область головки иглы ниже по потоку за уплотнительным элементом, так что эта область при процессе промывки не достижима для промывочного средства. Эта проблема в рамках изобретения может решаться таким образом, что опорная поверхность имеет по меньшей мере один аксиально проходящий промывочный паз, через который промывочное средство в осевом направлении из клапанной камеры может входить в область ниже по потоку за уплотнительным элементом. Например, такой промывочный паз может иметь ширину паза 1 мм-2 мм.

В рамках изобретения существует возможность, чтобы уплотняющая клапанную камеру гибкая мембрана заменяла уплотнительное кольцо, которое имеется у традиционных игольчатых клапанов. Однако в рамках изобретения существует также возможность, чтобы дополнительно к гибкой мембране для уплотнения имелось также традиционное уплотнительное кольцо, которое кольцеобразно окружает иглу клапана и, скользя по боковой поверхности, прилегает к игле клапана.

Стержень иглы клапана имеет предпочтительно диаметр, который может лежать в пределах 2 мм-10 мм, 3 мм-6 мм или 4 мм-5 мм. Максимальный ход иглы клапана, в отличие от этого, предпочтительно меньше 5 мм, 3 мм, 2,5 мм, 2 мм, 1,4 мм или даже меньше 1 мм.

Далее, следует еще упомянуть, что изобретение не только испрашивает охрану вышеописанного предлагаемого изобретением игольчатого клапана как отдельного конструктивного элемента. Наоборот, изобретение испрашивает также охрану комплектной установки для нанесения покрытий, имеющей по меньшей мере один такой игольчатый клапан, причем этот игольчатый клапан, например, может быть расположен в ротационном распылителе, в двухкомпонентном смесителе или в двухкомпонентном запорном клапане.

Помимо того, изобретение включает в себя также дозирующую систему для дозирования кроющего средства (напр., лака, уплотнительного средства, клея, изоляционного материала), имеющую мембранный клапан, при этом в качестве мембранного клапана предусмотрен вышеописанный предлагаемый изобретением игольчатый клапан, имеющий мембрану.

Предлагаемая изобретением дозирующая система имеет, прежде всего, трубопровод для кроющего средства для пропускания кроющего средства. При этом в трубопроводе для кроющего средства расположен первый дозировочный насос для дозирования кроющего средства.

Используемый в рамках изобретения термин «дозировочный насос» означает предпочтительно, что нагнетаемый объемный поток независим от условий давления на входе и выходе дозировочного насоса. Например, дозировочный насос может представлять собой насос с возвратно-поступательным движением поршня, шланговый насос, мембранный насос, насос с качающимся поршнем или шестеренный насос, чтобы назвать только некоторые примеры.

Помимо того, предлагаемая изобретением дозирующая система имеет байпасный трубопровод для обхода дозировочного насоса, при этом байпасный трубопровод выше по потоку от дозировочного насоса ответвляется от трубопровода для кроющего средства и ниже по потоку за дозировочным насосом снова впадает в трубопровод для кроющего средства.

В байпасном трубопроводе расположен байпасный клапан, который, выборочно, может запирать или освобождать байпасный трубопровод.

При нормальном режиме дозирования байпасный клапан закрыт, так что кроющее средство не может течь через байпасный трубопровод.

При этом обычно, но не обязательно, давление на выходе и давление на входе дозировочного насоса измеряются сенсором давления. В случае если эти сенсоры давления измеряют неконтролируемый подъем давления, то дозировочный насос обычно отключается для предотвращения неправильного функционирования или даже лопания шлангопровода.

Однако при неправильном функционировании этих сенсоров давления, соответственно, при отсутствии сенсоров давления или же при неверном параметрировании настроечных значений могло бы случиться наступление неконтролируемого подъема давления и вследствие этого лопание шланга или повреждения в подключенном распылителе. Поэтому байпасный клапан предпочтительно выполнен в виде мембранного клапана, при этом давление кроющего средства действует на мембрану мембранного клапана и при определенном максимальном давлении открывает его, причем это максимальное давление может составлять, например, прибл. 15-17 бар. То есть исполнение байпасного клапана (этот клапан может также называться обратным клапаном или т.п.) в виде приводимого в действие собственной рабочей средой мембранного клапана дает то преимущество, что даже при выходе из строя сенсоров давления или при выходе из строя внешнего управления байпасного клапана осуществляется автоматическое открытие байпасного трубопровода, когда это необходимо.

Помимо этого, байпасный клапан предпочтительно является управляемым, чтобы можно было освобождать байпасный трубопровод при процессе промывки. При таком процессе промывки вышеописанная зависящая от давления функция самооткрывания не имеет значения. Однако целесообразно, чтобы при процессе промывки можно было промывать и байпасный трубопровод для предотвращения заклеивания байпасного клапана остатками кроющего средства.

Помимо этого, следует упомянуть, что байпасный клапан временно открывается также при каждом процессе заправки при смене краски. Так, трубопровод для кроющего средства при смене краски сначала промывается промывочным средством и при необх. продувается импульсным воздухом для удаления остатков старого кроющего средства. После этого трубопровод для кроющего средства наполняется новым кроющим средством, что также называется заправкой. При этой заправке байпасный клапан предпочтительно тоже кратковременно открывается. Это предпочтительно, потому что благодаря этому байпасный клапан регулярно задействуется в эксплуатации, вследствие чего байпасный клапан остается эксплуатационно-пригодным.

Правда, из уровня техники уже известны сбросы избыточного давления, которые предотвращают неконтролируемый подъем давления. Однако при этом сброс избыточного давления осуществлялся наружу, что приводит к загрязнению окружающей среды кроющим средством. В изобретении, в отличие от этого, сброс давления осуществляется в систему, при этом байпасный трубопровод гидравлически замыкает накоротко дозировочный насос.

Далее, следует упомянуть, что байпасный клапан может быть установлен на дозировочном насосе. При этом дозировочный насос имеет предпочтительно корпус из нержавеющей стали, в то время как байпасный клапан может иметь корпус из простой стали. Однако по требованию заказчика он мог бы также быть из нержавеющей стали. При этом изготовление корпуса дозировочного насоса из нержавеющей стали целесообразно, потому что дозировочный насос должен работать очень точно. В отличие от этого, байпасный клапан может быть выполнен проще и вместе с тем экономичнее, и поэтому не нуждается в корпусе из нержавеющей стали, так как достаточно, например, простой стали или пластика. Поэтому предпочтительно разместить дозировочный насос и байпасный клапан не в одном цельном корпусе, а в отдельных корпусах, которые только прифланцованы друг к другу.

Другие предпочтительные усовершенствования изобретения отмечены в зависимых пунктах формулы изобретения или поясняются подробнее ниже вместе с описанием предпочтительных примеров осуществления изобретения с помощью фигур. Показано:

фиг.1A: вид поперечного сечения предлагаемого изобретением двухкомпонентного запорного клапана в закрытом положении;

фиг.1B: вид поперечного сечения с фиг.1A в открытом положении двухкомпонентного запорного клапана;

фиг.2: вид поперечного сечения привода двухкомпонентного запорного клапана в соответствии с фиг.1A и 1B;

фиг.3: схематичное изображение конической головки иглы с коническим седлом клапана;

фиг.4: гидравлическая схема дозирующей системы, имеющей регулятор давления краски и клапанного блока, имеющего дозировочный насос, байпасный капан и клапан для промывочного средства;

фиг.5A: вид в перспективе клапанного блока с фиг.4;

фиг.5B: вид спереди клапанного блока с фиг.5A;

фиг.5C: вид сечения клапанного блока по линии A-A сечения на фиг.5B;

фиг.5D: вид сечения клапанного блока по линии B-B сечения на фиг.5B;

фиг.5E: вид сбоку клапанного блока с фиг.5A-5D;

фиг.5F: вид сечения клапанного блока по линии C-C сечения на фиг.5E;

фиг.6A: вид в перспективе клапанного блока и дозировочного насоса с регулятором давления краски;

фиг.6B: вид спереди системы с фиг.6A;

фиг.6C: вид сечения по линии A-A сечения на фиг.6B;

фиг.6D: вид сбоку системы с фиг.6A-6C.

На фиг.1A, 1B, 2 и 3 показаны разные виды двухкомпонентного запорного клапана, который может применяться в лакокрасочной установке для объединения отвердителя H (напр., изоцианата) и основного лака (т.е. лак основа) SL, при этом возможно отдельное управление течением основного лака SL и течением отвердителя H.

Двухкомпонентный запорный клапан имеет для подвода отвердителя H подключение 1 для отвердителя и для подвода основного лака SL подключение 2 для основного лака. Отвердитель H и основной лак SL объединяются в двухкомпонентном запорном клапане и затем в виде предварительной смеси выпускаются на выпуске 3. Обычно затем основной лак SL вместе с отвердителем H попадает в смеситель (напр., сетчатый смеситель, спиральный смеситель), который основательно смешивает основной лак SL с отвердителем H.

При этом управление течением отвердителя H от подключения 1 для отвердителя к выпуску 3 осуществляется с помощью игольчатого клапана, который изображен на чертежах в соответствии с фиг.1A и 1B в верхней половине. Управление течением основного лака SL от подключения 2 для основного лака к выпуску 3 осуществляется таким же образом с помощью другого игольчатого клапана, который представлен на чертежах в соответствии с фиг.1A и 1B в нижней половине. Оба игольчатых клапана для основного лака SL и отвердителя H имеют одинаковую конструкцию и функционируют одинаково, так что во избежание повторов далее описывается только верхний на чертежах игольчатый клапан, который управляет течением отвердителя H от подключения 1 для отвердителя к выпуску 3.

Игольчатый клапан имеет смещаемую иглу 4 клапана, при этом головка 5 иглы навернута на дистальный конец иглы 4 клапана. Головка 5 иглы состоит при этом из титана и конически сужается в направлении своего конца, при этом в конически сходящейся боковой поверхности головки 5 иглы расположен кольцевой паз, в который вставлено уплотнительное кольцо 6 из FFKM (перфторкаучука).

В закрытом положении в соответствии с фиг.1A головка 5 иглы уплотнительным кольцом 6 герметично прилегает к седлу 7 клапана, при этом седло 7 клапана тоже конически сужается и впадает в выпуск 3.

В открытом положении в соответствии с фиг.1B головка 5 иглы, в отличие от этого, оторвана от седла 7 клапана и тем самым освобождает течение через седло 7 клапана к выпуску 3.

При этом настройка закрытого положения, соответственно, открытого положения осуществляется с помощью привода 8 клапана, который на фиг.2 изображен детально и работает пневматически.

Так, пневматический привод клапана имеет наружную корпусную вставку 9, которая ввернута в корпусной элемент 10 двухкомпонентного запорного клапана.

В наружную корпусную вставку 9, в свою очередь, ввернута внутренняя корпусная вставка 11.

В пневматическом приводе 8 клапана расположен с возможностью смещения поршень 12, причем этот поршень 12 предварительно натягивается пружиной 13 клапана в направлении закрытого положения в соответствии с фиг.1A. При этом пружина 13 клапана опирается на наружную корпусную вставку 9 и своим противоположным концом давит на поршень 12, чтобы выдавливать его в закрытое положение. При этом поршень 12 через поршневую вставку 14 соединен с иглой 4 клапана, так что поршень 12 действует на иглу 4 клапана и вместе с тем также на головку иглы.

При этом поршень 12 окружен уплотнительным кольцом 15, которое расположено в кольцевом зазоре между поршнем 12, с одной стороны, и внутренней стенкой внутренней корпусной вставки 11 и при движении поршня 12 скользит по внутренней стенке внутренней корпусной вставки 11.

Помимо того, предусмотрено другое уплотнительное кольцо, которое, скользя, прилегает к боковой поверхности смещаемой иглы 4 клапана и тем самым осуществляет дополнительное уплотнение.

При этом игла 4 клапана проходит частично через клапанную камеру 17, которая при эксплуатации наполнена соответствующей текучей средой (отвердитель H, соответственно, основной лак SL).

При этом между приводом 8 клапана и наполненной рабочей средой клапанной камерой 17 предусмотрена гибкая мембрана 18 в качестве уплотнительного элемента для уплотнения клапанной камеры 17 относительно привода 8 клапана. Гибкая мембрана 18 своим наружным окружным краем герметично прикреплена к нижнему концу внутренней корпусной вставки 11 и имеет в середине сверление, через которое продета игла 4 клапана. При этом мембрана 18 непроницаема для жидкостей и жестко соединена с иглой 4 клапана. То есть, во-первых, мембрана 18 совместно совершает движение смещения иглы 4 клапана между закрытым положением и открытым положением. А во-вторых, мембрана 4 уплотняет также наполненную рабочей средой клапанную камеру 17 относительно привода 8 клапана, при этом не требуется никакое скользящее движение, как у уплотнительного кольца, так что также нет опасности, что низковязкий и способный к прониканию отвердитель H сможет проникнуть в привод 8 клапана.

Собственно привод осуществляется при этом с помощью управляющего воздуха, который может вводиться в камеру 19 для управляющего воздуха под поршнем 12, причем затем управляющий воздух в камере для управляющего воздуха давит на поршень 12 вверх. При этом подвод управляющего воздуха в камеру 19 для управляющего воздуха осуществляется через подключение 20 для управляющего воздуха.

При этом управляющий воздух может предоставляться из традиционной сети сжатого воздуха 6 бар, которая чаще всего и так уже имеется в лакокрасочных установках. Это дает то преимущество, что можно обойтись без отдельного снабжения сжатым воздухом. При этом поршень 12 имеет относительно большой эффективный диаметр, так что действующий на поршень управляющий воздух создает относительно большую открывающую силу. Эта открывающая сила при воздействии сжатого воздуха в виде управляющего воздуха на определенный избыток открывающей силы больше, чем закрывающая сила, с которой пружина 13 клапана действует на поршень 12. Этот избыток открывающей силы в этом конкретном примере осуществления находится в пределах от 57,4 Н до 180 Н, в отличие от избытка открывающей силы только 15 Н у традиционного игольчатого клапана. Это делает возможным «отрыв» головки 5 иглы от седла 7 клапана даже тогда, когда головка 5 иглы прилипает к седлу 7 клапана.

Из фиг.3, кроме того, видно, что головка 5 иглы сужается в направлении течения под углом головки λ=35°-50°, как и седло 7 клапана конически сужается в направлении течения под углом β=35°-50° седла.

При этом коническая боковая поверхность головки 5 иглы выше по потоку перед уплотнительным кольцом 6 образует опорную поверхность 21, которая в закрытом положении в соответствии с фиг.1A опирается на седло 7 клапана. При этом опорная поверхность 21 образует упор для осевого движения головки 5 иглы в закрытое положение. Благодаря этому предотвращается чрезмерное сжатие уплотнительного кольца 6, что способствует долговечности уплотнительного кольца 6.

При этом опорная поверхность 21 прервана несколькими аксиально проходящими промывочными пазами 22, которые расположены, будучи распределены по периметру головки 5 иглы. Промывочные пазы 22 в закрытом положении в соответствии с фиг.1A дают возможность промывочному средству от подключения 1 для отвердителя, соответственно, подключения 2 для основного лака также достигать области ниже по потоку за опорной поверхностью 21.

На фиг.4-6D показана дозирующая система для дозировки кроющего средства (напр., лака).

При этом дозируемое кроющее средство подводится через трубопровод 23 для кроющего средства и течет сначала через регулятор 24 давления краски и затем через дозировочный насос 25, при этом регулятор 24 давления краски и дозировочный насос 25 могут быть выполнены традиционным образом. При этом привод дозировочного насоса 25 осуществляется электродвигателем 26, что тоже известно из уровня техники.

Кроме того, следует упомянуть, что в дозировочный насос 25 впадает трубопровод 27 для промывочного средства, по которому может вводиться промывочное средство.

При этом в трубопроводе 27 для промывочного средства расположен управляемый клапан 28 для промывочного средства.

Параллельно дозировочному насосу 25 расположен байпасный трубопровод 29, который позволяет обходить дозировочный насос 25, как еще будет описано детально.

В байпасном трубопроводе 29 расположен байпасный клапан 30, который может выборочно запирать или освобождать байпасный трубопровод 29.

Во-первых, байпасный клапан 30 может активироваться внешним управляющим сигналом. Тогда при нормальном процессе дозирования байпасный клапан 30 остается закрытым. Тогда при процессе промывки и после смены краски при заправке новой краски байпасный клапан кратковременно открывается внешним управляющим сигналом. Это предпочтительно, потому что благодаря этому регулярному задействованию байпасного клапана 30 поддерживается эксплуатационная пригодность байпасного клапана 30.

Но, во-вторых, байпасный клапан 30 позволяет также сбрасывать избыточное давление, когда давление кроющего средства на выходе дозировочного насоса 25 поднимается вследствие эксплуатационного нарушения. Для этого дозирующая система имеет два сенсора 31, 32 давления, которые измеряют давление кроющего средства выше по потоку перед, соответственно, ниже по потоку за дозировочным насосом 25 и таким образом могут распознавать обусловленный неисправностью подъем давления. Тогда при распознавании такого обусловленного неисправностью подъема давления управление байпасным клапаном 30 осуществляется с помощью внешнего управляющего сигнала.

Однако, помимо этого, следует упомянуть, что байпасный клапан 30 выполнен в виде мембранного клапана. Это означает, что давление кроющего средства выше по потоку за дозировочным насосом 25 действует на мембрану в байпасном клапане 30, так что байпасный клапан 30 автоматически (задействуясь с помощью собственной рабочей среды) открывается, когда избыточное давление выше по потоку за дозировочным насосом 25 превышает определенное максимальное значение. Это задействование с помощью собственной рабочей среды байпасного клапана 30 изображено на чертеже штриховой линией, которая ответвляется от байпасного трубопровода 29 между сенсором 32 давления и байпасным клапаном 30 и впадает в управляющий вход байпасного клапана 30. Этот автоматический сброс избыточного давления действует даже тогда, когда оба сенсора 31, 32 давления вышли из строя, или, когда внешнее управление байпасным клапаном 30 больше не функционирует.

Из фиг.6A-6D, кроме того, видно, что клапанный блок, имеющий клапан 28 для промывочного средства и байпасный клапан 30, расположен в корпусе, который прифланцован к корпусу дозировочного насоса 25. То есть клапанный блок, имеющий байпасный клапан 30 и клапан 28 для промывочного средства, с одной стороны, и дозировочный насос 25 размещены не в одном общем корпусе. Это предпочтительно, потому что тогда корпус клапанного блока, имеющего байпасный клапан 30 и клапан 28 для промывочного средства, не должен состоять их нержавеющей стали, благодаря чему может снижаться общая стоимость.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 Подключение для отвердителя

2 Подключение для основного лака

3 Выпуск

4 Игла клапана

5 Головка иглы

6 Уплотнительное кольцо

7 Седло клапана

8 Привод клапана

9 Наружная корпусная вставка

10 Корпусной элемент двухкомпонентного запорного клапана

11 Внутренняя корпусная вставка

12 Поршень

13 Пружина клапана

14 Поршневая вставка

15 Уплотнительное кольцо вокруг поршня

16 Уплотнительное кольцо вокруг иглы клапана

17 Клапанная камера

18 Мембрана

19 Камера для управляющего воздуха

20 Подключение для управляющего воздуха

21 Опорная поверхность

22 Промывочный паз

23 Трубопровод для кроющего средства

24 Регулятор давления краски

25 Дозировочный насос

26 Электродвигатель

27 Трубопровод для промывочного средства

28 Клапан для промывочного средства

29 Байпасный трубопровод

30 Байпасный клапан

31 Сенсор давления

32 Сенсор давления

λ Угол головки

β Угол седла

H Отвердитель

SL Основной лак

2К Двухкомпонентный лак

Группа изобретений относится к игольчатому клапану для управления жидкостным потоком кроющего средства в установке для нанесения покрытий, в частности для управления потоком двухкомпонентной смеси из двух компонентов кроющего средства, например основного лака и отвердителя. Игольчатый клапан для управления жидкостным потоком кроющего средства (H, SL) в установке для нанесения покрытий, в частности для управления потоком двухкомпонентной смеси из двух компонентов (H, SL) кроющего средства, в частности двухкомпонентного лака из основного лака (SL) и отвердителя (H), имеет впуск (1, 2) для кроющего средства для подвода кроющего средства, седло (7) клапана и смещаемую иглу (4) клапана, имеющую стержень иглы и головку (5) иглы. В закрытом положении иглы (4) клапана головка (5) иглы закрывает седло (7) клапана. В открытом положении иглы (4) клапана головка (5) иглы освобождает седло (7) клапана. Игольчатый клапан также имеет гибкую мембрану, которая кольцеобразно и герметично окружает иглу (4) клапана выше по потоку перед головкой (5) иглы. Давление кроющего средства на впуске (1, 2) для кроющего средства, начиная с определенного открывающего давления, выдавливает иглу (4) клапана через мембрану из закрытого положения в открытое положение. Открывающее давление кроющего средства на впуске (1, 2) для кроющего средства составляет по меньшей мере 8 бар и самое большое 35 бар. В установке для нанесения покрытий, имеющей по меньшей мере один игольчатый клапан, предпочтительно расположен в одном из следующих конструктивных элементов установки для нанесения покрытий: ротационном распылителе, двухкомпонентном смесителе для смешивания обоих компонентов кроющего средства, двухкомпонентном запорном клапане для запирания или высвобождения двухкомпонентной смеси или запорном клапане для отвердителя и/или основного лака. Дозирующая система для дозирования кроющего средства имеет трубопровод для кроющего средства для пропускания кроющего средства, расположенный в трубопроводе для кроющего средства дозировочный насос для дозирования кроющего средства,байпасный трубопровод для обхода дозировочного насоса. Байпасный трубопровод выше по потоку перед дозировочным насосом ответвляется от трубопровода для кроющего средства и ниже по потоку за дозировочным насосом снова впадает в трубопровод для кроющего средства. Дозирующая система также имеет байпасный клапан, который расположен в байпасном трубопроводе. Байпасный клапан представляет собой мембранный клапан, а именно игольчатый клапан с мембраной. Техническим результатом группы изобретений является повышение надежности работы игольчатого клапана, обеспечение возможности сброса неконтролируемого давления в систему, что уменьшает загрязнение окружающей среды. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Игольчатый клапан для управления жидкостным потоком кроющего средства (H, SL) в установке для нанесения покрытий, в частности для управления потоком двухкомпонентной смеси из двух компонентов (H, SL) кроющего средства, в частности двухкомпонентного лака из основного лака (SL) и отвердителя (H), имеющий

a) впуск (1, 2) для кроющего средства для подвода кроющего средства;

b) седло (7) клапана и

c) смещаемую иглу (4) клапана, имеющую стержень иглы и головку (5) иглы,

c1) при этом в закрытом положении иглы (4) клапана головка (5) иглы закрывает седло (7) клапана,

c2) в отличие от чего в открытом положении иглы (4) клапана головка (5) иглы освобождает седло (7) клапана,

d) гибкую мембрану (18), которая кольцеобразно и герметично окружает иглу (4) клапана выше по потоку перед головкой (5) иглы,

отличающийся тем, что

e) давление кроющего средства на впуске (1, 2) для кроющего средства, начиная с определенного открывающего давления, выдавливает иглу (4) клапана через мембрану (18) из закрытого положения в открытое положение и

f) открывающее давление кроющего средства на впуске (1, 2) для кроющего средства составляет по меньшей мере 8 бар и самое большое 35 бар.

2. Игольчатый клапан по п.1, отличающийся тем,

a) что игла (4) клапана расположена с возможностью смещения в клапанной камере (16), при этом клапанная камера (17) по меньшей мере на отдельных участках является цилиндрической,

b) что мембрана (18) в середине герметично прикреплена к стержню иглы (4) клапана и

c) что мембрана (4) своим окружным краем герметично прикреплена к внутренней стенке клапанной камеры (17).

3. Игольчатый клапан по п.2, отличающийся

a) приводом (8) клапана для смещения иглы (4) клапана, в частности, в виде пневматического привода (8) клапана, имеющего поршень (12),

b) впуском (1, 2) для кроющего средства для подвода кроющего средства, при этом впуск (1, 2) для кроющего средства на обращенной от привода (8) клапана стороне мембраны (18) впадает в клапанную камеру (17), так что мембрана (18) уплотняет привод (8) клапана относительно наполненной кроющим средством клапанной камеры (17), и

c) выпуском для кроющего средства для выпускания кроющего средства, при этом выпуск кроющего средства впадает в седло (7) клапана, так что кроющее средство в открытом положении иглы (4) клапана может течь через седло (7) клапана к выпуску для кроющего средства.

4. Игольчатый клапан по п.3, отличающийся тем, что привод (8) клапана имеет следующее:

a) смещаемый поршень (12), который действует на иглу (4) клапана, чтобы смещать иглу (4) клапана;

b) впуск для управляющего воздуха для подвода управляющего воздуха, при этом управляющий воздух действует на поршень (12), чтобы смещать поршень и вместе с тем также иглу (4) клапана,

c) пружину (13) клапана, которая действует с силой упругости на поршень (12) или иглу (4) клапана;

d) при этом упругая сила пружины (13) клапана в закрытом положении и в открытом положении составляет предпочтительно по меньшей мере 20 Н, 40 Н или 80 Н и/или самое большое 400 Н, 200 Н или 100 Н.

5. Игольчатый клапан по п.4, отличающийся тем,

a) что пружина (13) клапана давит на иглу (4) клапана в направлении закрытого положения и

b) что управляющий воздух давит на иглу (4) клапана через поршень (12) в направлении открытого положения,

c) что пружина (13) клапана и головка (5) иглы предпочтительно расположены на противоположных сторонах поршня (12),

d) что поршень (12) имеет предпочтительно диаметр поршня по меньшей мере 5 мм, 10 мм, 15 мм, 20 мм, 25 мм, 30 мм, или 35 мм, чтобы создавать большую открывающую силу при движении иглы (4) клапана в открытое положение,

e) что управляющий воздух для движения иглы (4) клапана в открытое положение предпочтительно нуждается в давлении управляющего воздуха меньше 6 бар, в частности 5,5 бар, так что управляющий воздух может браться из обычной сети сжатого воздуха 6 бар.

6. Игольчатый клапан по п.5, отличающийся тем,

a) что пружина (13) клапана давит на иглу (4) клапана с определенной закрывающей силой в направлении закрытого положения,

b) что пневматический привод (8) клапана при пневматическом активировании давит на иглу (4) клапана с определенной открывающей силой в направлении открытого положения,

c) что открывающая сила на определенный избыток открывающей силы больше закрывающей силы, чтобы можно было открывать игольчатый клапан, когда головка (5) иглы прилипает к седлу (7) клапана,

d) что избыток открывающей силы предпочтительно больше 20 Н, 40 Н, 60 Н, 80 Н, 100 Н, 120 Н или 180 Н.

7. Игольчатый клапан по п.4, отличающийся тем,

a) что пружина (13) клапана давит на иглу (4) клапана в направлении открытого положения и

b) что управляющий воздух давит на иглу (4) клапана через поршень (12) предпочтительно в направлении закрытого положения;

c) что пружина (13) клапана и головка (5) иглы предпочтительно расположены на одной и той же стороне поршня (12).

8. Игольчатый клапан по одному из пп.4-7, отличающийся тем,

а) что мембрана предпочтительно имеет диаметр мембраны по меньшей мере 3 мм, 6 мм или 9 мм и/или самое большое 40 мм, 20 мм или 11 мм, в частности 10 мм;

b) что открывающее давление кроющего средства на впуске (1, 2) для кроющего средства составляет по меньшей мере 10 бар, 12 бар или 14 бар и самое большое 22 бар, 18 бар или 16 бар.

9. Игольчатый клапан по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем,

a) что седло (7) клапана сужается в направлении течения под определенным углом (β) седла;

b) что головка (5) иглы сужается в направлении течения под определенным углом (λ) головки;

c) что угол (β) седла по существу равен углу (λ) головки;

d) что угол (β) седла предпочтительно больше 20°, 30° или 35° и/или меньше 70°, 60° или 50°;

e) что угол (λ) головки предпочтительно больше 20°, 30° или 35° и/или меньше 70°, 60° или 50°.

10. Игольчатый клапан по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем,

a) что в головку (5) иглы (4) клапана вставлен дополнительный уплотнительный элемент (6) для уплотнения седла (7) клапана в закрытом положении, и

b) что уплотнительный элемент (6) состоит из другого материала, чем головка (5) иглы (4) клапана, и

c) что уплотнительный элемент (6) состоит из упругого материала, и

d) что уплотнительный элемент (6) состоит из перфторкаучука, и

e) что уплотнительный элемент (6) привулканизирован к головке (5) иглы, и

f) что уплотнительный элемент (6) представляет собой уплотнительное кольцо, которое вставлено в кольцевой паз в головке (5) иглы, и

g) что головка (5) иглы состоит из титана.

11. Игольчатый клапан по п.10, отличающийся тем,

a) что головка (5) иглы (4) клапана по существу конически сужается в направлении течения;

b) что седло (7) клапана по существу конически сужается в направлении течения;

c) что головка (5) иглы в своей конической боковой поверхности имеет кольцевой паз, в который вставлен уплотнительный элемент (6);

d) что коническая боковая поверхность головки (5) иглы выше по потоку перед уплотнительным элементом (6) образует кольцеобразно проходящую по кругу опорную поверхность (21) и опирается опорной поверхностью (21) на седло (7) клапана;

e) что головка (5) иглы имеет в опорной поверхности (21) по меньшей мере один аксиально проходящий промывочный паз (22), который в закрытом положении иглы (4) клапана обеспечивает возможность пропускания промывочного средства из клапанной камеры (17) в направлении уплотнительного элемента (6);

f) что промывочный паз (22) предпочтительно имеет ширину паза по меньшей мере 1 мм и самое большее 2 мм.

12. Игольчатый клапан по п.10 или 11, отличающийся тем,

a) что головка (5) иглы имеет жесткий упор (21) и в закрытом положении опирается на седло (7) клапана этим упором (21), в частности кольцеобразно проходящей по кругу конической опорной поверхностью (21), и

b) что уплотнительный элемент (6) в головке (5) иглы в закрытом положении иглы (4) клапана подвержен давлению, которое является независимым от действующей на иглу (4) клапана закрывающей силы, так как головка (5) иглы своим жестким упором (21) опирается на седло (7) клапана.

13. Установка для нанесения покрытий, имеющая по меньшей мере один игольчатый клапан по одному из пп.1-12 для управления потоком кроющего средства, в частности для управления жидкостным потоком двухкомпонентной смеси из двух компонентов (H, SL) кроющего средства, в частности двухкомпонентного лака из основного лака (SL) и отвердителя (H), при этом игольчатый клапан предпочтительно расположен в одном из следующих конструктивных элементов установки для нанесения покрытий:

a) ротационном распылителе;

b) двухкомпонентном смесителе для смешивания обоих компонентов кроющего средства;

c) двухкомпонентном запорном клапане для запирания или высвобождения двухкомпонентной смеси;

d) запорном клапане для отвердителя и/или основного лака.

14. Дозирующая система для дозирования кроющего средства, имеющая

a) трубопровод (23) для кроющего средства для пропускания кроющего средства;

b) расположенный в трубопроводе (23) для кроющего средства дозировочный насос (25) для дозирования кроющего средства;

c) байпасный трубопровод (29) для обхода дозировочного насоса (25), при этом байпасный трубопровод (29) выше по потоку перед дозировочным насосом (25) ответвляется от трубопровода (23) для кроющего средства и ниже по потоку за дозировочным насосом (25) снова впадает в трубопровод (23) для кроющего средства, и

d) байпасный клапан (30), который расположен в байпасном трубопроводе (29),

отличающаяся тем, что

e) байпасный клапан (30) представляет собой мембранный клапан, а именно игольчатый клапан с мембраной по одному из пп.1-12.

15. Дозирующая система по п.14, отличающаяся тем,

a) что давление кроющего средства действует ниже по потоку за байпасным клапаном (30) на мембрану в байпасном клапане (30) и

b) что действующее на мембрану давление кроющего средства открывает байпасный клапан (30), когда давление кроющего средства превышает заданное максимальное значение.