CN110869136A - 用于分配着色剂的喷嘴设备 - Google Patents

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霍尔沃·密特维克
雅各布·约翰松
比约恩·霍尔沃·斯特劳默
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Abstract

描述了一种与在涂料着色系统中分配着色剂液体相关的喷嘴设备。所述喷嘴设备包括：喷嘴(12，13)，其具有用于着色剂液体(16)的通道(14，15)，所述通道(14，15)延伸到用于从所述喷嘴(12，13)分配所述着色剂液体的出口；以及超声波换能器(20)，其用于对所述喷嘴(12，13)和/或所述喷嘴出口处的液体(16)施加超声波振动。

Description

用于分配着色剂的喷嘴设备
本发明涉及一种用于在涂料着色系统中分配着色剂的喷嘴设备，以及一种使用此类喷嘴设备来分配着色剂的方法。
涂料和类似的涂料产品在许多应用中用于保护和美学外观。存在对此类产品在颜色范围内可用的需求，并且存在对非常宽范围的颜色的需求以及按需获得定制颜色的能力。然而，生产和储存多种不同颜色的产品是有问题的。不容易预测所需的颜色，并且需要大的存储空间以便保持所有可能的颜色的库存。因此，在经济地库存大量不同颜色的涂料等方面存在困难。这适用于制造商和零售商两者。
一些涂料制造商已经通过开发涂料着色系统解决了这个问题。在零售商的场所使用小型涂料着色系统，并且其操作基础是，通过向工厂生产的基底涂料中添加着色剂，可以制成多种颜色。此类机器通常被称为店内着色机。成功的着色机的一个示例是由挪威的Jotun A/S提供的MulticolorTM系统。
少量基底涂料(或其他涂料)被提供给零售商，并且这些涂料可以通过添加通常为液体形式的着色剂来定制。因此，零售商仅需要库存三或四种跨越浅色到深色范围的基底涂料，然后通过添加着色剂来完成涂料以获得最终的颜色。这允许消费者以相对小的体积获得大量的颜色，而没有需要存储预先制作的彩色涂料的缺点。与各种颜色的“传统”涂料库存相比，库存单位总数可减少多达90％。类似的原理可以应用于在大型零售商使用的大规模涂料着色系统，以将着色剂以较大规模施加到批量涂料，以及应用于批量生产定制涂料的涂料着色系统。
待通过涂料着色系统添加的着色剂可以采取通常在液体溶液或载液中提供的颜料、颜料浓缩物、调色浆或染料的形式。通常，特定的涂料颜色可能需要1至5种着色剂，但是涂料着色机可能具有比这更多的可用着色剂，例如15至25种不同的着色剂，以便产生完整的颜色范围。着色剂被添加到基底涂料中，着色剂的量和不同着色剂的组合由计算机控制。所添加的着色剂可以基于所存储的颜色组合，或者可以通过使用算法确定定制色调(诸如用于匹配客户指定颜色的色调)来创建。着色剂组合将被设置用于特定的基底涂料，基底涂料例如可以是白色的或透明的。
涂料着色系统必须包括许多包含着色剂的储存容器和用于将着色剂输送到基底涂料并经由喷嘴分配的机构。这可能包括各种泵等。所述系统还包括控制系统，通常是计算机化的，用于设置所需的基底涂料和着色剂的组合，并用于控制着色剂的输送。重要的是能够精确地控制着色剂的量，以便能够精确地生成所需的色调，并且能够在不同批次中精确地再现相同的色调。在添加着色剂之后，通常经由摇动密封的涂料容器将着色剂混入基底涂料中。
先前提出的对此类涂料着色系统的改进已经聚焦在提高被泵送到喷嘴的着色剂液体的量的准确性上，例如经由使用较大精度的泵送系统以及通过添加用于测量被分配的着色剂的计量机构。仍然需要对此类涂料着色系统进行改进。
从第一方面来看，本发明提供一种用于在涂料着色系统中分配着色剂液体的喷嘴设备，所述喷嘴设备包括：喷嘴，其具有用于着色剂液体的通道，所述通道延伸到用于从喷嘴分配着色剂液体的出口；以及超声波换能器，其用于将超声波振动施加到喷嘴和/或喷嘴出口处的液体。
通过这种喷嘴设备，超声波振动可以用来分离残留在喷嘴出口处的任何着色剂液体，该喷嘴出口例如可以在喷嘴的末端处。通常，液体的液滴将被残留在出口处。这可能是由于表面张力或与喷嘴表面的润湿相关的其他力而发生的。本发明人已经认识到，以这种方式不可预测的着色剂液体的保留或分离可能对已被分配的着色剂的量的准确性具有显著的影响。通过使用超声波振动，然后可以将任何残留液体可靠地从喷嘴的出口分离。另外，着色剂液体在喷嘴出口处的不希望的滞留会导致干燥的着色剂在出口周围的喷嘴的内部和/或外部部分上积聚。在将来使用喷嘴期间，此类干燥着色剂的积聚可能充当污染物。它还会堵塞通道并限制着色剂液体的流动。经由超声波振动从出口移除残留液体使这种积聚最少化，并且允许喷嘴设备的更有效的操作，例如，对于清洗和维护的负担较小。每次使用喷嘴时，超声波振动有效地起到清洗喷嘴的作用。超声波振动被施加到着色剂液体本身。这可以在不使用清洗液体的情况下进行，即在超声波振动源和着色剂液体之间具有直接接触。这意味着在需要冲洗掉任何清洗液体的情况下喷嘴可以立即重新使用，并且还可以通过让着色剂液体落入着色涂料中来充分利用着色剂液体。替代地，可以使用清洗液体，例如经由喷嘴和浴槽的相对移动，将喷嘴设备布置成将喷嘴的末端浸入合适液体的浴槽中(例如，包括水的用于水基着色剂的清洗液体)。在此类情况下，超声波振动源可以接触清洗液体，其中清洗液体将超声波振动传输到喷嘴(和喷嘴上的任何着色剂液体)。
喷嘴设备可以被布置成使得在着色剂液体通过喷嘴通道并且着色剂液体的流动停止之后，施加超声波振动以将任何残留着色剂液体从喷嘴出口分离。因此，所述设备可以包括用于控制着色剂液体的流动以及用于控制超声波换能器的控制器，并且所述控制器可以被布置成使得在着色剂液体通过喷嘴导管之后并且当着色剂液体的流动停止时施加超声波振动。一旦着色剂液体的流动已经停止，就可以施加超声波振动，以便使分离任何残留液体所需的时间最小化。替代地，可以在短暂的延迟之后施加超声波振动，以允许液体在流动停止之后稳定。在使用清洗液体的浴槽的情况下，一旦着色剂液体的流动已经停止并且在喷嘴的末端已经经由喷嘴和浴槽的相对移动被浸入浴槽中之后，就可以施加超声波振动。
超声波振动被施加到喷嘴和/或喷嘴的出口处的着色剂液体，并且在一些示例中，喷嘴的出口在喷嘴的末端处。因此，可以对喷嘴的末端施加超声波振动。这通常是向下指向的末端，用于分配着色剂液体，并允许液体在重力作用下落入基底涂料中，所述基底涂料将被放置在涂料着色系统中的喷嘴下方。
超声波振动的使用还可以允许从喷嘴内部的通道的至少一部分(例如，邻近出口的通道的一部分)中移除着色剂液体。这还可以增强从喷嘴分离残留着色剂液体的益处，尤其是在使干燥的着色剂液体在出口附近的通道内的积聚最少化方面。
在示例实施例中，超声波振动通过喷嘴传输，并且喷嘴充当超声波放大器。这将在下面进一步讨论。在另一种可能的布置中，如上所述，可以将喷嘴的末端浸入清洗液体中，其中清洗液体用于将超声波振动传输到喷嘴处的着色剂液。替代地，可以使用与喷嘴分离的超声波变幅杆将超声波振动施加到出口处的着色剂液体，其中超声波变幅杆的端部定位或可定位在喷嘴的出口附近，以便使其与可能残留在喷嘴出口处的任何着色剂液体接触。这种方法不需要对喷嘴进行任何适配，因此喷嘴可以采用标准设计。还可以使用常规设计的超声波变幅杆，并且这种超声波变幅杆可以以任何合适的方式附接到超声波换能器，例如通过螺栓或其他机械固定。单独的超声波变幅杆可以经由致动器来支撑，所述致动器使所述单独的超声波变幅杆能够相对于喷嘴移动。在这种情况下，超声波变幅杆可以在分配着色剂液体的同时保持远离喷嘴，以避免阻碍着色剂液体的流动，然后在液体的流动停止之后移动到更靠近出口。可选地，单个超声波变幅杆可以与多个不同的喷嘴一起使用，使得结合喷嘴设备的涂料着色系统可以具有单个超声波变幅杆和多个喷嘴，每个喷嘴都能够经由超声波变幅杆与在喷嘴出口处的着色剂液体接触而经受超声波振动。这种布置特别适合于涂料着色系统，其中，喷嘴移动到分配站，并且其中由于超声波变幅杆然后可以位于分配站处，因此基底涂料的容器在分配站保持静止。
当超声波振动通过喷嘴传输并且喷嘴充当超声波放大器时，那么喷嘴和超声波变幅杆可以被认为是组合为单个单元。由于喷嘴的双重使用使得设备更加紧凑，因此这关于设备的整体包装具有优势。由于超声波振动施加在更大的接触区域上，并且该接触区域是着色剂液体和喷嘴之间的交界，所以喷嘴也被认为在从出口分离着色剂液体方面可能更有效。超声波换能器可以通过合适的固定件(例如螺栓)附接到超声波喷嘴，并且这种附接可以在与喷嘴的出口相对的端部。在这种情况下，与标准喷嘴设计相比，可以使喷嘴适配，以便提高喷嘴在传输和放大超声波振动方面的有效性。喷嘴形状可以朝向出口(例如，朝向喷嘴的末端)渐缩，以用于在超声波振动朝向出口传输时放大超声波振动。可以选择喷嘴的材料来改善超声波振动的传输并增加喷嘴的强度。例如，与已知涂料着色剂喷嘴中的不锈钢的通常使用相比，喷嘴可以包括钛合金或铝合金。喷嘴可以是通过机加工形成的。优选地，喷嘴已经使用回火铝或钛合金形成，并且在机加工的情况下，为了维持回火材料的特性，避免过热是有利的。因此，喷嘴可以包括例如具有T6回火的铝合金。
在喷嘴传输超声波振动的情况下，通道可以具有位于喷嘴振动模式的节点处的入口。例如，入口可以在喷嘴的与出口间隔开的表面上，与超声波换能器的连接点间隔开，并且位于节点处。在超声波换能器的影响下，随着喷嘴的纵向振动，节点将沿着通过与喷嘴的纵向轴线垂直的喷嘴的横截面的平面。通道可以在第一通道部分中从喷嘴末端的出口沿着喷嘴的中心线延伸，直到节点，即直到节点的平面。然后，通道可以转过直角，并在垂直于中心线的第二通道部分中延伸，直到喷嘴的表面处的入口。这种布置意味着第一通道部分的朝向喷嘴末端定位的部分将随着超声波振动而振动，并且因此可以促进着色剂液体在这个部分内的分离，以允许清洗喷嘴出口。这也意味着第二通道部分由于其在节点处的位置而通常免受振动。这允许入口连接到合适的着色剂液体供应，而没有在超声波振动期间无意中损坏这种连接的风险。它还减少了在第二通道部分周围的喷嘴的材料内的应力集中。
改进的喷嘴或单独的超声波变幅杆可以用来增加由超声波换能器提供的超声波振动的振幅。例如，可能存在初始振幅的1.5至12倍的放大。
所述设备可以被布置成施加具有不同振幅的超声波振动。不同的着色剂可以具有不同的特性，例如在它们的密度和粘度方面，并且振动的最佳振幅可以针对不同的着色剂液体而变化。因此，通过施加具有不同振幅的超声波振动，则能够更有效地分离具有不同特性的液滴。这可以允许同一喷嘴设备与不同的着色剂液体类型一起使用，而无需校准或以其他方式调整超声波振动。
超声波换能器可以提供频率在20kHz至120kHz范围内的振动。超声波换能器处的振动的峰值振幅可以在0.1μm至12μm的范围内，并且施加到喷嘴出口和/或喷嘴出口处的液体的振动峰值振幅将如上面讨论的被放大，并且可以是1μm至120μm。峰值振幅是相对于零参考的振幅的最大量值，且不应与峰值到峰值振幅混淆，所述峰值到峰值振幅可为峰值振幅的两倍。在使用喷嘴传输超声波振动的情况下，所使用的频率可以根据喷嘴的尺寸而变化，喷嘴的尺寸又可以根据所需着色剂的体积而变化。应理解，对于用于产生较小体积的库存涂料着色系统来说，则喷嘴可以比用于产生较大体积的工厂涂料着色系统更小。较低的频率可能更适合于较大的喷嘴，而较高的频率可能更适合于较小的喷嘴。示例换能器可以以约40kHz或约100kHz振动。在用于库存涂料着色系统的喷嘴的情况下，超声波换能器可以使用80kHz至120kHz的频率，例如约100kHz的频率。
在适合于室内着色系统的实施例中，喷嘴中的通道可以具有1mm-4mm的直径，例如约2mm的直径。在此类情况下，喷嘴可以具有锥形形状，其中喷嘴的末端处的直径略大于通道的直径，通道的出口在末端处，并且喷嘴的直径沿着其长度增加。喷嘴可以具有圆形横截面。可以使用圆锥形状，尽管通常所述形状不会像圆锥那样沿着喷嘴的长度均匀地逐渐变细，而是锥形的梯度可以变化，通常在喷嘴的末端以及锥形部段的较大直径端处具有较大的梯度。喷嘴穿过喷嘴的宽度(即与喷嘴的长度相对)的最大横截面可以具有的最大尺寸(即圆形形式的直径)在8mm-52mm的范围内。可以根据用于放大超声波振动的所需几何形状来确定喷嘴的长度和直径。通常，喷嘴可以包括长度约为最大直径1.5-3倍的锥形部段。
除了提供与从喷嘴分离残留着色剂液体(可以在每次使用喷嘴之后进行)有关的优点之外，超声波换能器还可以可选地在其他过程中使用，诸如在不太频繁的清洗和/或维护过程期间。在一些情况下，单独使用超声波振动可以清除喷嘴上的诸如干着色剂的污染物。在其他示例中，可以通过将喷嘴暴露于清洗液体中来清洗喷嘴，其中超声波振动用于增强清洗液体的效果。可以根据清洗剂移除着色剂的能力来选择清洗液体，因此清洗剂可以是着色剂液的溶剂或载液，诸如用于水基着色剂液的水。替代地或另外地，清洗液体可以根据其在超声波振动期间的性能来选择，例如与空化气泡的产生和内爆有关的性能，所述空化气泡可以帮助从喷嘴表面移除污染物，诸如干着色剂。还已知水适合于此目的。喷嘴设备因此可以被布置成操作清洗循环，所述清洗循环包括将超声波振动施加到喷嘴和/或与喷嘴接触的清洗液体。这特别适合于喷嘴传输超声波振动的情况。
在一个示例中，喷嘴可以浸入清洗液体的容器中，然后可以施加超声波振动，以便促使污染物从喷嘴的浸入清洗液体的部分移除。在另一个示例中，清洗液体可以沿着喷嘴的通道通过，并且可以在清洗液体流过通道时和/或在流动停止并且清洗液体残留在通道中之后施加超声波振动。同样，这些清洗过程特别适合于与传输超声波振动的喷嘴一起使用，而不是与单独的超声波变幅杆一起使用，因为喷嘴本身的振动被认为在喷嘴的包括通道的内部表面的较大表面上提供更大的效果。
喷嘴设备可以包括作为清洗系统的一部分的清洗液体贮存器，所述清洗系统被布置成结合如上所描述的超声波换能器的使用来执行清洗。这可由控制器来控制，诸如专用的清洗系统控制器，或者如上这种的控制器，这种控制器还控制超声波换能器的使用，以在着色剂液体被分配之后从出口分离着色剂液体。
所述喷嘴设备用于涂料着色系统中，用于将着色剂液体分配到基底涂料中。在另一个方面，本发明延伸到包括所述喷嘴设备的涂料着色系统。这可以是已经被制造有诸如超声波换能器的设备的特征的涂料着色系统。替代地，它可以是已经用此类特征改造过的涂料着色系统。所述涂料着色系统可以包括多个喷嘴和多个着色剂液体源，使得可以经由所述多个喷嘴分配不同类型的着色剂。如对于现有的涂料着色系统已知的，每个喷嘴可以分配单一类型的着色剂液体，并且涂料着色系统可以使用不同的喷嘴来以合适的组合分配不同的着色剂液体，以实现所需的涂料颜色(或其他涂层类型)。涂料着色系统还可以包括着色剂液体供应系统，诸如泵送装置，所述泵送装置用于将着色剂液体从源泵送到喷嘴，以便分配所需量的着色剂液体和着色剂液体的组合。这可以包括常规涂料着色系统中已知的着色剂液体供应系统，诸如Jotun A/S的以商品名MulticolorTM供应的那些系统。
涂料着色系统与常规涂料着色系统的不同之处在于，使用超声波换能器以允许从喷嘴的出口分离任何残留着色剂。
在一个示例中，涂料着色系统具有多个喷嘴，并且每个喷嘴都联接到用于使喷嘴振动的超声波换能器。因此，如上面讨论的，每个喷嘴可以用来传输和放大超声波振动。有利地，这种系统可以使用超声波发生器向若干超声波换能器提供电信号。因此，可以存在连接到多个超声波换能器中的每一个的单个超声波发生器，所述多个超声波换能器可以是用于多个喷嘴的所有换能器。涂料着色系统和系统内的喷嘴设备可以被布置成使得超声波发生器驱动适当的超声波换能器，以从刚刚用于分配着色剂液体的喷嘴分离着色剂液体。应理解，通常涂料着色系统将一次仅使用单个喷嘴，并且因此超声波发生器可以容易地用于驱动任一个换能器的振动，而不需要增加发生器的能力。
在另一个示例中，涂料着色系统具有多个喷嘴以及清洗液体的浴槽，所述清洗液体的浴槽可以与一个以上喷嘴以及可选地与所有喷嘴一起使用。因此，可以提供单个清洗液体和单个超声波振动源，其中这用于超声波清洗来自喷嘴中的每个的着色剂液体。
在另一个方面，本发明提供一种用于使用喷嘴设备来分配着色剂液体的方法，所述喷嘴设备包括：喷嘴，其具有用于着色剂液体的通道，所述通道延伸到用于从喷嘴分配着色剂液体的出口；以及超声波换能器；并且所述方法包括将超声波振动施加到喷嘴和/或喷嘴出口处的液体。
这种方法可以使用具有上文所讨论的特征中的任一个的设备，并且其可用于如上面所论述的涂料着色系统中。所述方法可以包括施加超声波振动以用于分离已被残留在喷嘴出口处的任何着色剂液体的目的，所述喷嘴出口可以例如位于喷嘴的末端处。所述方法可以包括在每次使用喷嘴时使用超声波振动来清洗喷嘴，例如以确保关于分配的着色剂液体的量的准确性以及减少干燥的着色剂的积聚。
可以在着色剂液体通过喷嘴导管之后并且当着色剂液体的流动停止时施加超声波振动。一旦着色剂液体的流动已经停止，可以施加超声波振动，以便使分离任何残留着色剂液体所需的时间最小化。替代地，可以在短暂的延迟之后施加超声波振动，以允许出口处的着色剂液体在流动停止之后稳定。控制器可用于控制着色剂液体的流动和/或超声波换能器的激活。
超声波振动被施加到喷嘴和/或喷嘴的出口处的液体，并且在一些示例中，喷嘴的出口在喷嘴的末端处。因此，可以将超声波振动施加到喷嘴的末端。超声波振动还可用于从喷嘴内部的通道的至少一部分(例如，邻近出口的通道的一部分)中移除液体。
在示例实施例中，超声波振动通过喷嘴传输，并且喷嘴充当超声波放大器。在其他实施例中，超声波振动通过清洗液体传输，其中喷嘴的末端浸入清洗液体的浴槽中。替代地，可以使用与喷嘴分离的超声波变幅杆将超声波振动施加到出口处的液体，其中超声波变幅杆的端部定位或可定位在喷嘴的出口附近，以便使其与可能残留在喷嘴出口处的任何着色剂液体接触。这种方法可以包括如上所描述地移动这种超声波变幅杆，并且可选地，这种方法可以包括使用单个超声波变幅杆与多个不同喷嘴，使得结合喷嘴设备的涂料着色系统可以具有单个超声波变幅杆和多个喷嘴。
在所述方法包括通过喷嘴传输超声波振动的情况下，喷嘴充当超声波放大器，并且喷嘴和超声波变幅杆可以被认为组合为单个单元。超声波换能器可以通过合适的固定件(例如螺栓)附接到超声波喷嘴，并且这种附接可以在与喷嘴的出口相对的端部。在这种情况下，与标准喷嘴设计相比，可以使喷嘴适配，以便提高喷嘴在传输和放大超声波振动方面的有效性。喷嘴和喷嘴内的通道(例如关于几何形状、形状、尺寸和/或材料等)可以是如上所描述的。
所述方法可以包括施加具有不同振幅的超声波振动。超声波的频率可以如上面所讨论的。
可选地，所述方法可以包括在其他过程期间(诸如在清洗和/或维护过程期间)使用超声波换能器。在一些情况下，可以单独使用超声波振动来清除喷嘴上的诸如干着色剂的污染物。在其他示例中，所述方法可以包括通过将喷嘴暴露于清洗液体中来清洗喷嘴，其中超声波振动被用于增强清洗液体的效果。可以根据清洗剂移除着色剂的能力来选择清洗液体，因此清洗剂可以是着色剂液的溶剂或载液，诸如用于水基着色剂液的水。替代地或另外地，清洗液体可以根据其在超声波振动期间的性能来选择，例如与空化气泡的产生和内爆有关的性能，所述空化气泡可以帮助从喷嘴表面移除污染物，诸如干着色剂。还已知水适合于此目的。所述方法可以包括使用清洗循环，所述清洗循环包括向喷嘴和/或与喷嘴接触的清洗液体施加超声波振动。这特别适合于喷嘴传输超声波振动的情况。
在一个示例中，喷嘴可以浸入清洗液体的容器中，然后可以施加超声波振动，以便促使污染物从喷嘴的浸入清洗液体的部分移除。在另一个示例中，清洗液体可以沿着喷嘴的通道通过，并且可以在清洗液体流过通道时和/或在流动停止并且清洗液体残留在通道中之后施加超声波振动。同样，这些清洗过程特别适合于与传输超声波振动的喷嘴一起使用，而不是与单独的超声波变幅杆一起使用，因为喷嘴本身的振动被认为在喷嘴的包括通道内部的较大表面上提供更大的效果。
所述方法可以使用清洗液体贮存器作为喷嘴设备的清洗系统的一部分，以与如上所描述的超声波换能器的使用相结合地执行清洗。这可由控制器来控制，诸如专用的清洗系统控制器，或者如上所述的控制器，这种控制器还控制超声波换能器的使用，以在着色剂被分配之后从出口分离着色剂液体。
在又一方面，本发明延伸到用于分配着色剂的方法，所述方法包括使用包括所述喷嘴设备的涂料着色系统。涂料着色系统可以包括如上面讨论的特征。所述方法可以包括使用单个超声波发生器来驱动多个超声波换能器中的任一个。
如从上面可以理解的，本发明可以利用布置为执行包括控制着色剂液体的分配以及控制超声波换能器的方法步骤的控制器。因此，本发明还包括如上所描述的用于喷嘴设备的控制器的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品包括指令，所述指令在被执行时将配置所述控制器为：控制着色剂液体的分配；以及控制所述超声波换能器，以便将超声波振动施加到所述喷嘴和/或所述喷嘴出口处的液体，以分离已经残留在所述喷嘴出口的着色剂液体。计算机程序产品可以将控制器构造为根据上面描述的设备或方法的任何其他特征来控制设备。
现在将仅通过示例并参考附图来描述某些优选实施例，在附图中：
图1示出了具有喷嘴和单独的超声波变幅杆的喷嘴设备；
图2示出了喷嘴设备，其中喷嘴还适于传输超声波振动；以及
图3是在图2的设备中使用的喷嘴的横截面。
优选实施例涉及用于在涂料着色系统中分配着色剂的喷嘴。此类系统将通常包括多个喷嘴，所述多个喷嘴允许将多种不同着色剂中的一种或多种分配到基底涂料中，以便将基底涂料转化成具有所需颜色特性的着色涂料。如上面讨论的，重要的是确保着色剂被精确地分配，特别是避免在喷嘴末端保留未知量的着色剂。同样重要的是保持喷嘴末端没有着色剂，以避免由喷嘴末端和着色剂液体出口处的干燥着色剂引起的问题，诸如堵塞和干燥着色剂污染涂料。因此，建议在每次使用喷嘴以通过使用包括喷嘴和超声波换能器的喷嘴设备来分配着色剂之后清洗喷嘴末端。
图1和图2中示出了用于基于超声波的喷嘴清洗系统的两种可能的实现方式。在图1中，通过使用定位在喷嘴末端附近的单独的超声波变幅杆将超声波施加到残留在喷嘴末端处的着色剂液体。在图2中，超声波经由喷嘴本身施加。任一种替代方案都可以适用于使用多个喷嘴来分配不同类型的着色剂的涂料着色系统，以便提供可定制的涂料颜色。例如，它们可以在如由Jotun A/S以商品名MulticolorTM出售的涂料着色系统中实施。
参考图1，喷嘴12具有用于着色剂液体16的通道14。通道14延伸到出口，在这种情况下，该出口在喷嘴12的末端18处。这种喷嘴12可以是大体上标准的形状和形式，尽管它可以通过改变材料来适配，以便承受由液体16传输到喷嘴中的超声波。例如，可以使用铝或钛合金代替通常的不锈钢。在使用中，当着色剂液体16的流动已经停止时，液体16的液滴可以保留在喷嘴12的末端18处。为了分离着色剂液体16的任何残留液滴，超声波变幅杆20被放置成与喷嘴末端18相邻，并且这用于以超声波频率向液体16施加振动。超声波变幅杆20可以总是如图所示定位，或者替代地，其可以被致动以朝向和远离末端18移动，以便避免在正常使用期间从喷嘴12的出口分配着色剂液体16的任何障碍。超声波变幅杆20联接到超声波换能器22，并且可以以与下面关于图2中所示的实施例所讨论的频率和/或振幅类似的频率和/或振幅振动。
在图2的替代布置中，适配着色剂分配喷嘴13既用于分配着色剂液体16，又用于传输和放大超声波振动，以从喷嘴13的末端18处的出口分离不期望的残留液体16。适配喷嘴13包括用于着色剂液体16的通道15，所述通道15参考喷嘴13的超声波振动适配，如下所述。由于适配喷嘴13还充当超声波变幅杆，因此它经由螺栓24直接联接到超声波换能器22。适配喷嘴13还成形为充当超声波增强器。这在图2中示意性地示出，并且在图3中找到了按比例显示的适配喷嘴13的一个示例，所述示例示出了喷嘴13的横截面，该喷嘴13被设计为附接到超声波换能器22并传输和放大超声波振动。已经发现，与使用如图1所示的单独的超声波变幅杆20相比，经由喷嘴13传输振动可以更有效地从末端18分离残留的着色剂液体16的液滴。
图3示出了被设计为附接到超声波换能器22的适配喷嘴13的横截面。喷嘴13包括用于着色剂液体16的通道15。通道15沿着喷嘴13的中心线从末端18处的出口纵向延伸到转向点26，在转向点26处通道15转成直角，然后径向延伸到喷嘴13的侧面处的入口端口28。端口28允许向前联接到导管或类似物，用于将通道15联接到着色剂液体源。转向点26、端口28和通道15的径向部分位于适配喷嘴13的振动模式的节点处。因此，当喷嘴13振动时，它们完全位于经历最小(或零)移动的区域。这意味着在端口28上或端口28处的连接上没有不适当的移动或应力。它还允许减少由围绕通道15的材料的振动运动而引起的喷嘴13的材料中的应力集中。如图3所示，喷嘴13包括螺纹孔30，以使其能够以类似于图2的示意图中喷嘴13的方式用螺栓24接合到超声波换能器20。
在喷嘴设备的使用期间，着色剂液体16穿过通道14、15并被分配到基底涂料中。这可以在任何合适的涂料着色系统的背景下进行。当着色剂液体16的流动停止时，超声波换能器20被激活，并且超声波振动或者如图1所示直接传输到喷嘴12的末端18处的液体16，或者如图2所示，通过适配的喷嘴13传输到末端18，并且因此传输到残留在末端18处的任何着色剂液体16。由于超声波振动，被残留在末端18处的任何着色剂液体16的液滴都与末端18分离并且落入涂料中。
这具有各种优点。可以更精确地知道并控制分配的着色剂液体16的量，因为一旦液体的流动停止，液体的液滴是否会保持附着到喷嘴末端18就不再有任何不确定性。液体还可以从喷嘴12、13内的通道14、15内分离，尤其是其中整个喷嘴13被超声波换能器振动的适配喷嘴13的情况下。由于着色剂液体被分离，并且其中着色剂液体也从通道14、15的内部分离，所以在喷嘴末端18处和通道14、15的端部内积聚干燥着色剂液体的风险降低了，那么在通道14、15内的一定距离内也产生了这种益处。
可以以适合于喷嘴13或超声波变幅杆20的设计和尺寸的频率施加超声波振动。已知类型的超声波换能器20可用于提供此类振动。预期可以使用30kHz至120kHz之间的频率，诸如对于较小尺寸的喷嘴约100kHz的频率，或者对于较大尺寸的喷嘴约55kHz的频率。超声波振动的振幅在末端18处可以是约50μm，从在超声波换能器22处的约5μm放大。在一些示例中，振动的振幅是变化的，例如，它可以在末端18处通过从30μm到80μm的振幅循环。如上所述，不同的振幅可以允许用于喷嘴设备的单个装置用于具有不同特性(诸如不同的密度和/或粘度)的着色剂液体。
超声波换能器22从合适的超声波发生器接收电信号。在具有多个喷嘴12、13的涂料着色系统的情况下，则每个喷嘴12、13可以具有其自身的超声波换能器22，其中共用超声波发生器电连接到所有换能器22。应理解，在此类涂料着色系统中，着色剂将从不同的喷嘴单独地分配，并且因此可以单独地且在不同的时间施加超声波。这意味着超声波发生器在任何时候都只需要操作少量的换能器，可能一次仅操作单个换能器，并且因此对于整个系统仅具有单个超声波发生器是高效的。
使用所提出的喷嘴设备的涂料着色系统将包括多个着色剂液体源，每个着色剂液体源都可以包括贮存器和用于将每种着色剂液体16供应到相应喷嘴12、13的泵送系统。还可以包括已知类型的计量系统。这种计量系统可以用包括使用超声波从喷嘴顶部18分离残留着色剂液体16的测量来校准，这允许即使在需要少量时也能精确且可重复地分配着色剂液体16。喷嘴和相关联的液体分配系统可以安装在转盘或其他合适的装置上，用于将所需的喷嘴与基底涂料容器对准，以将着色剂分配到基底涂料中。还可以存在现有技术中已知的此类涂料着色系统的其他特征。
除了使用超声波振动将着色剂液体16从喷嘴末端18分离之外，喷嘴设备还可以布置成使用超声波在维护期间或作为自动清洗循环的一部分来增强喷嘴12、13的清洗。通过这种特征，可以使用清洗液体，例如，在水溶性/水基着色剂液体的情况下，清洗液体可以是水。喷嘴12、13或喷嘴12、13的部分(诸如通道14、15或末端18)可以放置成与清洗液体接触，并且超声波振动可用于将任何污染物(诸如干燥的着色剂)从喷嘴12、13的表面分离。
因此，在一个示例中，喷嘴12、13可以浸入清洗液体的容器中，末端18浸没在清洗液体中。然后，清洗液体可以经由超声波变幅杆20振动，或者喷嘴13可以在末端18被浸没的情况下振动。这将从末端18以及从邻近末端18的通道14、15的内部分离诸如干燥的着色剂或其他类型污物的污染物。另一种可能性是使清洗液体流过通道14、15，并且在通道14、15充满清洗液体的同时使喷嘴经受超声波振动。预期这可能通过适配喷嘴13的振动比通过来自外部超声波变幅杆20的振动更有效，因为与适配喷嘴13中的通道15的壁相比，可能难以将振动传播到通道14中。

Claims (20)

1.一种用于在涂料着色系统中分配着色剂液体的喷嘴设备，所述喷嘴设备包括：
喷嘴，具有用于着色剂液体的通道，所述通道延伸到用于从所述喷嘴分配着色剂液体的出口；以及
超声波换能器，用于将超声波振动施加到所述喷嘴和/或所述喷嘴出口处的液体。
2.根据权利要求1所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴设备被布置成使得在液体通过喷嘴导管并且所述液体的流动停止之后，施加超声波振动以将任何残留液体从所述喷嘴出口分离。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴设备，包括控制器，所述控制器用于控制所述液体的流动以及用于控制所述超声波换能器，其中,所述控制器被布置成使得在液体通过所述喷嘴导管之后并且当所述液体的流动已经停止时施加所述超声波振动。
4.根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备，包括与所述喷嘴分离的超声波变幅杆，其中,使用与所述喷嘴分离的所述超声波变幅杆将所述超声波振动施加到所述喷嘴的所述出口处的所述液体，并且其中,所述超声波变幅杆的端部定位或能够定位在所述喷嘴的所述出口附近，以使所述超声波变幅杆的所述端部与可能残留在所述喷嘴出口处的任何着色剂液体接触。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的喷嘴设备，其中,所述超声波振动通过所述喷嘴从所述超声波换能器传输，并且所述喷嘴充当超声波放大器。
6.根据权利要求5所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴包含钛合金或铝合金。
7.根据权利要求5或6所述的喷嘴设备，其中,所述通道具有位于所述喷嘴的振动模式中的节点处的入口。
8.根据权利要求8所述的喷嘴设备，其中,所述通道在第一通道部分中在所述喷嘴的末端处从所述出口沿着所述喷嘴的中心线延伸直到所述节点，然后所述通道转向以在垂直于所述中心线的第二通道部分中延伸并且在所述喷嘴的所述表面处连接到所述入口。
9.根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备，其中,所述设备被布置成施加具有不同振幅的超声波振动。
10.根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备，其中,所述超声波换能器以20kHz至120kHz范围内的频率振动，所述超声波换能器处的所述振动的峰值振幅在0.1μm至12μm范围内，并且施加到所述喷嘴出口和/或所述喷嘴出口处的所述液体的振动的峰值振幅与所述超声波换能器处的振动的所述峰值振幅相比被放大，并且在1μm至120μm范围内。
11.根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴中的所述通道具有1mm-4mm的直径，并且可选地，其中,穿过所述喷嘴的宽度的最大横截面具有的最大尺寸在8mm-52mm范围内。
12.根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴设备布置成操作清洗循环，所述清洗循环包括对所述喷嘴和/或与所述喷嘴接触的清洗液体施加超声波振动，并且可选地，其中,所述喷嘴设备包括作为在所述清洗循环中使用的清洗系统的一部分的清洗液体贮存器。
13.根据权利要求12所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴设备被构造为使得在所述清洗循环期间，所述喷嘴浸入清洗液体的容器中，并且施加超声波振动。
14.根据权利要求13或14所述的喷嘴设备，其中,所述喷嘴设备被构造为使得在所述清洗循环期间，清洗液体沿着所述喷嘴的所述通道通过，并且在所述清洗液体流过所述通道和/或在所述清洗液体的流动停止之后施加超声波振动。
15.一种涂料着色系统，包括根据任一前述权利要求所述的喷嘴设备。
16.根据权利要求15所述的涂料着色系统，包括：多个喷嘴，其中,每个喷嘴联接到用于使所述喷嘴振动的超声波换能器；以及
超声波发生器，被布置成向若干超声波换能器提供电信号。
17.一种用于使用喷嘴设备来分配着色剂液体的方法，所述喷嘴设备包括：喷嘴，具有用于着色剂液体的通道，所述通道延伸到用于从所述喷嘴分配着色剂液体的出口；以及超声波换能器；并且所述方法包括对所述喷嘴和/或在所述喷嘴出口处的液体施加超声波振动。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法包括在着色剂液体通过所述喷嘴导管之后并且当所述着色剂液体的流动停止时施加所述超声波振动，其中,施加所述超声波振动的目的是分离已经残留在所述喷嘴出口处的任何着色剂液体。
19.根据权利要求17或18所述的方法，包括通过将所述喷嘴暴露于清洗液体并使用超声波振动以增强所述清洗液体的效果来清洗所述喷嘴。
20.一种用于根据权利要求1至14中任一项所述的喷嘴设备的控制器的计算机程序产品，其中,所述计算机程序产品包括指令，所述指令在被执行时将配置所述控制器为：控制着色剂液体的分配；以及控制所述超声波换能器，以将超声波振动施加到所述喷嘴和/或在所述喷嘴的所述出口处的液体，以分离已经残留在所述喷嘴出口处的着色剂液体。
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