CN101668975A - 尤其用于计量油漆的计量粘滞流体的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀，该阀包括：在其一端带有开口(3.1)的套管(3)和布置在套管(3)内的柱塞(4)，该柱塞(4)设有能够堵塞所述开口(3.1)的塞子(4.1)。通道表面(So)的直径(Do)和所述开口的深度(P)之比远大于1，并且塞子在堵塞位置中能够与所述开口附近的套管的外表面(9)齐平。

Description

尤其用于计量油漆的计量粘滞流体的阀

技术领域

本发明涉及计量粘滞流体的阀，尤其用于计量油漆。根据本发明的阀特别优选地应用于汽车油漆中的配色计量领域内。

背景技术

目前，在汽车车身修理领域内，车辆的颜色是通过混合多种基色来获得的，通常需5至10种基色。如此的混合一般需根据油漆制造商规定的配方进行精心调制，这样的配方规定一确定的混合漆总重量中要包含的每种基色的重量。已知的计量系统允许达到的精度为0.1g，其根据颜色足以配制总重至少为100至300g的混合漆。

车身修理人员已知的配制油漆的技术方案是基于如WO 2006/027450A2中所描述的原理：一种适配于容器(通常为刚性盒子)的计量盖子。操作员倾斜装有其盖子的盒子并操作一敞开的系统允许油漆在重力下流出。通过倾斜度和打开度的调节，操作员就可控制到一个漆滴中的剂量。其它已知系统使用半刚性或柔性的容器。此时，操作员对他施加到该容器上的压力进行控制，以使油漆通过合适的孔口流出并可控制漆滴。

如此这些系统的一个缺点在于，计量精度局限于漆滴的重量，即，约为0.03至0.1g。另一方面，该漆滴在任何时刻都可能落入混合的容器内而改变其称重，或粘附在孔口上而弄脏它。然而，如今底子越来越浓缩，且待修理的覆盖层和表面越来越小，这就产生了制备少量漆的需求，其量级在30g至50g。为了达到与如今制备100至300g而要在0.1g内的计量精度相同的比色精度，那么计量精度就应达到0.01g之高。因此，必须将重量控制得远低于一滴漆滴的重量。油漆独有的另一现象在于油漆的粘度可在颇为大的比例上变化。实际上，粘度取决于许多因素，特别是流体的温度，以及，就油漆来说，还有溶剂损失。尤其是，对如今的固体含量高且因而溶剂含量低的油漆来说，溶剂的少量损失就会导致粘度很大增加。

然而，这些粘度变化大大地干扰了计量精度，特别是因为油漆射流射出过程中会产生湍流，这是因为对于湍流的特性来说，粘度是一个重要的因素。

GB 207 392描述了一种计量液体的阀，其包括一端处有开口的套管和布置在该套管内的一柱塞，该柱塞能堵塞所述的开口。如此的阀适于计量热液体和腐蚀性的液体。另一方面，它对于计量具有一定粘度并趋于快速变干的液体(诸如油漆)不很有用。的确，通过该阀的粘滞液体在所述阀的细长管形下开口处将趋于显著地减慢速度。这种减缓是由于液体的粘度，因此由于作用在液体和阀管状开口壁之间的很大摩擦力。由此，一部分的粘滞液体有很高的机率会保持停留在管形开口内并干结在那里，于是堵塞阀使其不能再用。

EP 0 252 421A1描述了另一类型的阀，其包括一在一端部处带有开口的套管，并设置有用于堵塞所述开口的柱塞。如此的阀设计用于自动饮料售货机，因此用于非粘滞的液体，它们不需要高的计量精度，也不经受干燥和磨损。

另一方面，EP 0 283 137A1描述了同样类型的适于提供诸如油漆那样液体的阀(带有套管和堵塞柱塞)。柱塞的末端是一锥对锥的塞部(一可移动的锥形塞支靠在一围绕套管开口形成的锥形座上)，为了避免停滞现象并便于阀头的清洗，柱塞的远端面在堵塞位置时与开口齐平。然而，该阀由于其几何形的缘故具有这样的缺点：特别是在喷射液体的压力作用下，阀在其打开位置时产生湍流；如此的湍流会不利于实现令人满意的计量，而且，一般地还在阀刚好关闭之后导致阀末端上有残余液滴——这就解释了为什么需要提供一在使用后容易清洁的外部形状。

DE 34 09 142A1描述了一种类似结构的阀，其用来提供诸如浓缩饮料之类的食品液体，仍具有与上述文献中相同的缺点和局限性。

发明内容

本发明的一个目的是弥补上述缺点，这通过提供一种特别适合于很高精度地计量诸如油漆之类粘滞液体的新颖阀结构来实现。

本发明总的目的是提供这样一种阀，其在强制通过该阀射出液体时弥补该液体的粘度所特有的困难。

更具体来说，本发明旨在提供这样一种阀，其固有地提供如下所有的优点：

-计量精度非常高；

-提供流体量的重复能力高；

-对于流体粘度变化的敏感性低；

-阀开口处不滞留油漆，于是避免油漆任何局部停留和变干的风险；

-与高能射流的相容性，特别是在使用压力容器的情形中。

最后提到的方面，即，控制油漆的射流，在应用于对油漆进行颜色计量时特别重要。

实际上，必须有足够的和良好控制的流量，这需要对容器加压，因此，在阀的开口处局部地形成较高的流速。

另一方面，重要的是，射流保持层流；否则的话，在计量结束时，湍流的发生将会导致孔口周围形成停留在阀末端的漆滴。

此外，问题是要能够摆脱对流体粘度有影响的那些不可控制的现象，例如，温度变化、溶剂损失、生产批次之间的或一种油漆色与另一种油漆色之间的差异引起的粘度变化。

根据本发明，通过上述EP 0 283 137A1中揭示类型的计量阀来达到上述的目的，即，所述阀包括一端处有开口的套管和一布置在该套管内的柱塞，该柱塞设置有能堵塞所述开口的塞子，该塞子能在堵塞位置时与所述开口附近的套管的外表面齐平。

根据本发明，所述阀的特征在于，通道表面的直径和所述开口深度之比远大于1。

如这里所采用的，“表面通道”意指相对于流体流动方向开口的沿横向方向表面So。该通道表面可以是圆形的并提供直径Do。该直径Do是也可认定为开口直径的一个长度。开口的“深度”是也可称之为开口“厚度”的尺寸。它是开口沿流体流动方向的长度。因此，开口的深度垂直于开口的通道表面。

因此，开口应设计成对引导通过该阀的流体射流提供尽可能最短的长度：开口形成在厚度薄的区域，且开口和射流之间的接触区域长度比开口的表面长度小。

尤其是，由于开口设计成在孔口附近有尽可能最短的射流引导长度(开口形成在厚度薄的区域内)，所以开口和流体射流之间的接触区域的长度将减小，尽管射出的射流动能很高，但仍可保持很好的层流。

因此，流体的流量仅依赖于阀几何形状的固有特征、施加于流体上的压力和流体密度等，而实际上与流体粘度无关。因此，可得到极其精确和完全的重现的计量。

此外，根据本发明的阀的特殊构造有利于截然切断流体的射流，在开口处没有污迹和也不形成液滴。抑制液滴或大大地减小液滴的大小可显著地提高计量精度，同时避免液滴引起的分配并大大地减低阀弄脏的程度。

令Do为通道表面的直径，P为深度，则上述条件可写作如下：

Do/P＞＞1                      (公式1)

条件“远大于1”意指所述比大于或等于3。该比例较佳的是大于或等于5，这可写作如下：

Do/P≥5                        (公式2)

采用具有上述的比值的开口，则根据薄膜原理，阀的通道在非常短的长度上非常突然地减小。包括所述开口的套管区域因此可被称为“薄膜”。就在该薄膜出口处将流体流排出到大气层。在该薄膜的扼流处，流体在非常短的长度上被大大地加速。

根据伯努利定律，该加速度对应于压力势能非常快地转化为动能，而粘度没有任何的影响。该薄膜具有非常短的长度，以便限制该扼流下游处的压头损失，并且尽管流体速度很高但仍可避免用雷诺数所描述的湍流现象。

因此可获得流体的层流射流，射流的流率仅取决于薄膜特性、施加到阀进口处流体上的压力以及流体的密度。流体粘度几乎没有干扰。该现象对于计量的控制是很重要的，因为如果薄膜特性、施加的压力以及流体的密度是稳定的并容易控制，则流体粘度依赖于许多因素，其中特别是流体温度，就到油漆而言，则还有溶剂的损失。对于如今的固体含量高因此溶剂含量少的油漆来说，溶剂的损失导致粘度的增高。

层流射流的另一优点在于，流体在薄膜出口处具有很高的速度，因此，有很高的动能。将一堵塞系统，即柱塞关联于薄膜，其布置在薄膜上游且就在薄膜扼流处，即套管的所述开口处堵塞流体的流率，并借助于柱塞突然地关闭该开口，由此可得到非常截然的射流的关闭。

如此的射流切断位于流体速度高的区域，因此，开口上游处的流体流率突然被停止。就在堵塞区域下游处的流体来说，它具有高的动能并继续其运动。正是该动能使得流体免受其与薄膜和柱塞表面的粘结力，因此避免液滴形成。抑制液滴或减小该液滴的大小显著地提高了计量精度，同时避免液滴引起的分配并大大地减低阀弄脏的程度。

当塞子关闭时，塞子与开口附近的套管外表面齐平，因此能够完全地关闭开口不带有一点停滞区域，这有利于截然地切断流体射流，在开口处没有污迹和也不形成液滴。较佳地，塞子的堵塞表面呈点、平面或截头球体的形状。

如这里使用的，“截头球体”意指球体的一部分。截头球体也可定义为切去的或截顶的球体，该球体缺少一部分。因此，与截头锥是锥体一部分的情形相同，“截头球体”是球体的一部分。在一优选实施例中，从外面观看，套管在所述开口附近具有凸状的或平面的区域。

如此的平面或向外突起或弓起的区域没有可用作为流体停滞区域的外部的凹入或凹面。因此，阻止形成污迹或液滴。

在特别有利的方式中，凸状区域的形状可对应于一半球。

此外，在凸状区域的情形中，所述开口可位于凸状区域的顶点。在平面区域的情形中，所述开口可位于平面区域的中心。

较佳地，柱塞由磁性材料制成。在此情形中，阀还可包括一由磁性材料制成的轭，该轭和柱塞做成这样：磁场的存在能在该轭和柱塞之间形成吸引力。通过磁场的激活，柱塞然后可被吸引向轭，从而让出所述开口。有利地是，在吸引阶段中，柱塞处于邻抵所述轭的位置。

此外，套管的通道表面对所述开口通道表面之比较佳的是远大于1。

令Sd为套管的通道表面，So为开口的通道表面，则该关系可写作如下：

Sd/So＞＞1                        (公式3)

条件“远大于1”意指所述比值大于或等于9(3×3)。该比值较佳的是大于或等于50，这可写作如下：

Sd/So≥50                          (公式4)

套管的通道表面定义为套管相对于流体流动方向沿横向方向所定义的最大范围。

两个通道表面之间有了如此的比值，阀堵塞区域上游处的导管提供相当大的通道。这允许最大地限制流体粘度对流动速度的影响。因此，薄膜上游处的压头损失非常低，因为通道截面很大，因此流体速度低。通道截面相对于开口较大，便于流体通过阀并向上流通到套管开口。另一方面，问题在于，要限制依赖于粘度的压头损失，但又要避免堵塞区域上游处的任何湍流状态。

换句话说，当满足所述比例时，就使流体通道截面非常突然地减小。开口上游区域相当宽并扩张开，并且由于薄膜用作为流体力学中的流率控制器，所以，该开口提供非常干净利落的扼流。

在一优选实施例中，计量阀还包括一适于将柱塞推入堵塞位置内的弹簧。较佳地，所述弹簧至少部分地布置在所述柱塞内。

有利地是，该柱塞可包括至少一个开口，开口允许流体从套管的到达区域流到套管的所述开口。

较佳地，该计量阀还包括一能在堵塞位置和让出所述开口的位置之间移动所述柱塞的装置。在一优选实施例中，该装置包括一覆盖套管的通电线圈。

为了限制流动不是层流的瞬态影响，较佳的是阀打开和关闭操作尽可能地迅速。

此外，如果阀在一“全部的或全无”模式中被驱动，则阀的控制可以容易地实现自动化。

本发明还涉及一种带有阀的流体容器，该阀至少部分地包括所述的特征。

在如此的容器内，通过对流体加压可形成流体的排出。有了流体在压力下的排出，重力系统的缺点不再存在，就如WO 2006/027450A2中所述的重力系统，其很大程度上依赖于容器填装的液位。对流体加压可避免容器液位变化的影响。可容易地施加足够大的压力，使得容器填装液位的影响可以忽略。在此情形中，套管到达区域内流体和阀外面流体之间的相对压力较佳的是保持稳定。

附图说明

现将参照附图来描述根据本发明的阀的一个实施例。

图1示出根据本发明的阀的一个实施例，其为纵向剖视图并处于关闭位置；

图2示出图1阀的柱塞，该图为前视图；

图3示出图1的阀，该阀处于流体流过阀的过程中的打开位置；

图4是图1阀的套管下部的详图；以及

图5是沿图1中线V-V截取的剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的阀的一个实施例。在图1中，阀显示为未带有其电磁控制系统，其处于关闭位置。

阀由一连接到流体容器(未示出)的轭2构成。该轭2用磁通可穿透的材料制成。套管3固定到轭2上。套管用非磁材料制成。它在其端部包括一开口3.1。一由磁通可穿透的材料制成的柱塞4被导入该套管内。柱塞4包括一能够关闭套管3的开口3.1的塞子4.1。该塞子4.1可以是一弹性体的附加部分，堵塞表面11(参照图3)可以是尖端、平面或截头球体的形状。柱塞通过弹簧5的作用保持在下部位置。

流体在一定的相对压力下送到到达区域1，该压力可用任何装置来产生，仅利用重力的作用来产生，或将阀外部环境抽真空来产生。流体在阀体内、柱塞4和弹簧5内及其周围流通。流体容易地通过柱塞4内形成的宽开口4.2流通直到堵塞区域1.1。

图2示出柱塞4的视图，突出显示允许流体从到达区域1流通到柱塞区域1.1的开口4.2。

图3示出处于工作构造和打开位置中的阀。它被一圆柱形线圈6覆盖，线圈6能够穿过套管3在轭2和柱塞4中感应出磁场。该磁场在轭2和柱塞4之间产生吸力。当该力超过弹簧5的强度时，柱塞4带着塞子4.1一起提升，塞子4.1让出套管3的开口3.1。然后，流体可从该阀流出进入层流射流1.2内，于是被接纳在放置在天平的板8上的一个容器7内。

图4详细示出套管3的下部。开口3.1的通道表面So的直径Do、开口3.1的深度P、套管3的凸状区域10以及开口3.1的附近的套管3的外表面9在图中清晰可辨。

图5是沿图1中线V-V截取的剖视图。在该剖视图中，弹簧5和柱塞4已略去，以便更清晰地示出套管3的通道表面Sd和开口3.1的通道表面So。图中清楚地表明So远小于Sd。在图5中，可以注意到，Sd对应于由套管壁限定的全部表面，特别是包括表面So。因此，So可被看作是Sd的中心部分。

由于本发明的阀，获得一种计量系统，其在汽车修理中的基色计量上找到特别有利的应用。这样的计量系统经济地适用于普通的车体修理人员，十分精确，使用容易，同时只需要最少量的清洁工作。

当然，根据本发明的阀的使用不局限于汽车油漆的领域。实际上，所述阀还可用于任何需要精确和可靠的流体计量的应用中。

Claims (14)

1.一种计量粘滞流体的阀，所述阀包括：

-在其一端带有开口(3.1)的套管(3)，以及

-布置在所述套管(3)内的柱塞(4)，所述柱塞(4)设有能够堵塞所述开口(3.1)的塞子(4.1)，所述塞子在所述堵塞位置中能够与所述开口附近的所述套管的外表面(9)齐平，

其特征在于，所述通道表面(So)的直径(Do)和所述开口的深度(P)之比远大于1。

2.如权利要求1所述的计量阀，其特征在于，所述塞子的堵塞表面(11)呈尖端、平面或截头球体的形状。

3.如权利要求1和2中一项所述的计量阀，其特征在于，从外面观看，所述套管在所述开口(3.1)附近具有凸状或平面的区域(10)。

4.如权利要求3所述的计量阀，其特征在于，包括其形状对应于半球体的凸状区域。

5.如权利要求3或4所述的计量阀，其特征在于，在凸状区域的情形中，所述开口位于所述凸状区域的顶点，而在平面区域的情形中，所述开口位于所述平面区域的中心。

6.如上述权利要求中一项所述的计量阀，其特征在于，所述柱塞至少部分地由磁性材料或磁通可穿透的材料制成。

7.如权利要求6所述的计量阀，其特征在于，所述阀还包括由磁性材料制成的轭(2)，所述轭和所述柱塞做成：磁场的存在能在所述轭和所述柱塞之间产生吸引力。

8.如上述权利要求中一项所述的计量阀，其特征在于，所述套管的所述通道表面(Sd)和所述开口的所述通道表面(So)之比远大于1。

9.如上述权利要求中一项所述的计量阀，其特征在于，还包括能够将所述柱塞推入堵塞位置的弹簧(5)。

10.如权利要求9所述的计量阀，其特征在于，所述弹簧至少部分地布置在所述柱塞内。

11.如上述权利要求中一项所述的计量阀，其特征在于，所述柱塞包括至少一个开口(4.2)，所述开口允许所述流体从所述套管的到达区域(1)流到所述套管的所述开口。

12.如上述权利要求中一项所述的计量阀，其特征在于，还包括能够在堵塞位置和让出所述开口的位置之间移动所述柱塞的装置(6)。

13.如权利要求12所述的计量阀，其特征在于，所述装置包括覆盖所述套管的通电线圈(6)。

14.一种流体容器，包括如上述权利要求中一项所述的阀。

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