-
Die
Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für mindestens zwei fließfähige Medien
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruchs.
-
Insbesondere
handelt es sich um eine Ventilanordnung für die beiden miteinander zu
mischenden Komponenten von Zweikomponenten- oder 2K-Lack, der üblicherweise
als Klarlack in einer Anlage zur Serienbeschichtung von Werkstücken wie
beispielsweise Fahrzeugkarossen verwendet wird. Die aus Stammlack
und Härter
bestehenden Komponenten des Klarlacksystems werden in derartigen
Anlagen bekanntlich in einer z.B. am Arm eines Lackierroboters montierten
Ventilanordnung gemischt und von dort dem Zerstäuber zugeführt (WO 97/00731 A1 und
EP 0833694 B1 ).
Die üblicherweise
aus Nadelventilen bestehende Ventilanordnung kann neben den Eingangsventilen
für Stammlack
und Härter
eines 2K-Lacksystems
verschiedene weitere gesteuerte Ventile enthalten, beispielsweise
für ein
alternativ verwendbares anderes 2K-Lacksystem und für Reinigungsmedien wie Pulsluft
und Verdünner.
-
Bei
den bisher üblichen
2K-Ventilanordnungen münden
alle vorhandenen Ventile unmittelbar in einen ihnen gemeinsamen
zylindrischen Sammelkanal, wobei sich das oder die Härterventile
stromaufwärts
des oder der Stammlackventile befinden, oder in eine ihnen gemeinsame
Mischkammer. In beiden Fällen
kann unter Umständen
im Betrieb an einem geöffneten
anderen Ventil vorbeifließender
Härter
in dieses Ventil eindringen und es verkleben.
-
Nachteilig
ist bei den bekannten 2K-Ventilanordnungen ferner die Bildung von
unerwünschten
Toträumen
beispielsweise in dem gemeinsamen Sammelkanal zwischen den Eingangsventilen
der Komponenten und den außerhalb
ihres Strömungsweges liegenden
Ein mündungsstellen
weiterer, während
der Komponentenmischung nicht verwendeter Eingangsventile insbesondere
für Reinigungsmedien
wie Pulsluft und Verdünner.
-
Bei
bekannten Ventilanordnungen mit mehreren quer an einem gemeinsamen
zylindrischen Sammelkanal angeordneten Eingangsnadelventilen besteht
ein weiteres Problem darin, dass an den Ventilöffnungen zwischen der zylindrischen
Kanalwand und dem nicht mit ihr fluchtenden Stirnende der Ventilnadel
elliptische Kanten und Hinterschneidungen vorhanden sind, die schlecht
spülbar
sind und an denen in den Sammelkanal geleitete Lackkomponenten oder
andere Flüssigkeiten
zum Anbacken neigen. Dieses Problem tritt nicht nur bei 2K-Ventilen
auf, sondern auch bei anderen Ventilanordnungen, beispielsweise
bei konventionellen Farbwechslern mit zylindrischen Farbkanälen in Beschichtungsanlagen, wie
an sich schon in der
EP
0979964 A2 erläutert
ist. Auch durch derartige Anbackungen können die Ventilfunktionen gestört werden.
-
Aus
DE 6751526 U und
DE 578937 A sind Ventilanordnungen
für in
einer Applikationsvorrichtung miteinander zu mischende Komponenten
bekannt, welche durch Eingangsventile enthaltende Kanäle zugeleitet
werden, die einander unter Bildung eines Winkels an einem Ausgangskanal
treffen, durch den Druckluft zum Applizieren der Mischung geleitet wird.
Die Eingangsventile werden manuell betätigt, im Fall der
DE 578937 A durch eine aus
Skala und Zeiger bestehende Anzeigevorrichtung, bei der durch Verdrehen
des Zeigers die Ventile zwangsläufig
so gesteuert werden, dass Mischfarben entsprechend dem Farbwert
der Skala entstehen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist, eine programmgesteuerte Ventilanordnung anzugeben,
die Störungen
der einem gemeinsamen Sammelkanal vorgeschalteten Eingangsventile
durch in den Sammelkanal geleitete Medien vermeidet.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Durch
die Bildung von Trennstrecken zwischen dem gemeinsamen Sammelkanal
und den Ventilmündungen
wird insbesondere bei 2K-Ventilen zuverlässig das
Eindringen der einen Komponente, beispielsweise Härter, in
das Eingangsventil der anderen Komponente vermieden, da die eine
Komponente nicht gegen die Strömungsrichtung
der in der Regel gleichzeitig in den Sammelkanal fließenden anderen
Komponente durch deren Trennkanal zu dem Eingangsventil gelangen
kann.
-
In
den die Trennstrecken bildenden Verbindungskanälen können zudem gesteuerte Freigabeeinrichtungen
beispielsweise in Form weiterer Nadelventile zum Sperren und Öffnen dieser
Verbindungskanäle
vorgesehen sein, wodurch die Betriebssicherheit der Ventilanordnung
erhöht
werden kann.
-
Vorzugsweise
führt zu
dem gemeinsamen Sammelkanal der 2K-Ventilanordnung je ein als Trennkanal
dienender Verbindungskanal von den Eingangsventilen beider Komponenten,
wobei die beiden Trennkanäle
zweckmäßig auf
zueinander entgegengesetzten Seiten einer den gemeinsamen Sammelkanal
enthaltenden Ebene verlaufen, mit ihren Mündungsabschnitten aber in dieser
Ebene liegen können.
Hierbei besteht die vorteilhafte Möglichkeit, dass die beiden
Trennkanäle
einander am Eingang des Sammelkanals strömungsgünstig unter Bildung eines Winkels
beispielsweise zwischen 30° und 60° treffen,
wobei sich nicht nur eine optimale Strömungssperre gegen das Eindringen
in den jeweils anderen Trennkanal ergibt, sondern auch unerwünschte Druckverluste
in der Ventilanordnung vermieden werden.
-
Vorteilhaft
ist ferner, dass durch die Erfindung beim Lackierbetrieb nicht durchströmte Toträume zwischen
den verschiedenen Ventilmündungsbereichen
vermieden werden können.
-
Besonders
vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung dahingehend, dass
das Gehäuse
der 2K-Ventilanordnung aus mindestens zwei, vorzugsweise aber drei
getrennt voneinander herstellbaren und aneinander befestigbaren
Gehäusekörpern besteht.
Diese Gehäusekörper können scheibenartig geformt
sein und mit ihren ebenen Scheibenhauptflächen aneinander anliegen, wobei
der mittlere Gehäusekörper den
den Komponenten gemeinsamen Sammelkanal enthält, während die äußeren Gehäusekörper auf der einen Seite das
Eingangsventil für
die eine Komponente und auf der anderen Seite das Eingangsventil
für die
andere Komponente enthalten. Die oben erwähnten Trennkanäle verlaufen
hierbei durch Verbindungsstücke
quer zu den Scheibenflächen
aus den äußeren Gehäusekörpern in
den inneren Gehäusekörper. Diese
modulare Bauweise hat wesentliche fertigungstechnische Vorteile
bei der Herstellung der hier beschriebenen Ventilanordnung und ermöglicht darüber hinaus
auf sehr einfache Weise das Auswechseln von Ventilen oder eine Änderung
der Anordnung der Ventile und beispielsweise auch eine Erweiterung
der Ventilanordnung. In dem oder jedem äußeren Gehäusekörper können am Eingang des Trennkanals
neben dem Eingangsventil der betreffenden Komponente des 2K-Systems
problemlos jeweils weitere Eingangsventile für andere Medien angeordnet
sein. Beim Auswechseln der die Eingangsventile enthaltenden Gehäusekörper ist
es von Vorteil, wenn die Trennkanäle mit den oben erwähnten, in
dem mittleren Gehäusekörper befindlichen
Freigabeeinrichtungen gesperrt werden können.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung hat der Kanal einer Ventilanordnung,
in den mehrere als Nadelventil ausgebildete Eingangsventile münden, also
insbesondere der Eingangskanal für
eine der Komponenten der 2K-Ventilanordnung oder beispielsweise
auch der gemeinsame Farbkanal einer Farbwechselventilanordnung,
einen annähernd
polygonalen Querschnitt mit mindestens drei gegeneinander abgewinkelten
ebenen Wandflächen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die ebenen Stirnflächen der
Ventilnadeln der um den polygonalen Kanal vorzugsweise in einer
gemeinsamen Ebene (oder im Fall des Farbwechslers in mehreren gemeinsamen Ebenen)
quer zu der Längsachse
des Kanals verteilten Ventile bei geschlossenem Ventil nicht in
den Kanal ragen, sondern mit der jeweiligen ebenen Kanalwand fluchten,
so dass Hinterschneidungen und darauf beruhende Lackanbackungen
vermieden werden. Im Gegensatz zu der aus der
EP 0979964 A2 bekannten
Ventilanordnung können
hierbei je nach dem Polygon drei oder mehr Ventile in einer Ebene um
den Kanal verteilt werden.
-
An
dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine schematische Prinzipdarstellung einer
für eine
Serienbeschichtungsanlage geeigneten 2K-Ventilanordnung gemäß der Erfindung;
-
2 eine ebenfalls schematische
perspektivische Ansicht der drei voneinander trennbaren Gehäusekörper einer
zweckmäßigen Ausführungsform der
Ventilanordnung gemäß 1;
-
3 eine konstruktiv zweckmäßige Realisierung
der Ventilanordnung nach 2;
-
4 ein Ventilschaltbild der
hier beschriebenen Ventilanordnung; und
-
5 den annähernd dreieckigen
Querschnitt durch einen Kanal mit ebenen Wänden, an denen jeweils ein
Nadelventil mündet.
-
Die
in 1 schematisch dargestellte 2K-Ventilanordnung
hat ein aus drei Teilen 1a, 1b und 1c bestehendes
Gehäuse 1.
In dem ersten Teil 1a befindet sich ein Eingangssammelkanal 2a,
in dem drei Eingangsventile 4, 5 und 6 münden, die
jeweils in der von konventionellen 2K- oder auch Farbwechsel-Ventilanordnungen
bekannten Weise als Nadelventile ausgebildet sein können und
durch Signale eines übergeordneten
Programmsteuersystems gesteuert sind. Die Eingangsventile können untereinander
gleich ausgebildet sein und sperren oder öffnen jeweils einen in das
Gehäuse 1 hineinführenden Kanal,
durch den bei geöffnetem
Ventil ein zu steuerndes Medium in den Eingangssammelkanal 2a fließt. Beispielsweise
steuert das Ventil 4 die eine Komponente des 2K-Systems
wie z.B. Stammlack, während
beispielsweise das Ventil 5 die Stammlackkomponente eines
stattdessen verwendbaren anderen 2K-Systems und das Ventil 6 ein
Spülmedium
wie Verdünner
oder Pulsluft steuern können.
-
In
dem zweiten Teil 1b befindet sich ähnlich wie im Teil 1a ein
Eingangssammelkanal 2b, an dem ebenfalls drei programmgesteuerte
Eingangsventile 7, 8 und 9 in Form von
Nadelventilen angeordnet sind. Beispielsweise können die Ventile 7 und 8 den Eintritt
der Härterkomponente
der alternativ zueinander verwendbaren 2K-Systeme in den Eingangssammelkanal 2b und
das Ventil 9 ein Spülmedium
steuern.
-
Von
den beiden Eingangssammelkanälen 2a und 2b führt jeweils
ein Verbindungskanal 10b bzw. 10b zu einem den
Komponenten des verwendeten 2K-Systems gemeinsamen Sammelkanal 11,
der sich in dem dritten Gehäuseteil 1c befindet,
und in dem die beiden Komponenten gemischt werden. Wie in der Zeichnung
schematisch dargestellt ist, sind die durch den Eingangssammelkanal 2a bzw. 2b und den
zugehörigen
Verbindungskanal 10a bzw. 10b gebildeten Leitungssysteme
durch entsprechende Ausbildung des Gehäusekörpers bis zu der Einmündung in
den gemeinsamen Sammelkanal 11 voneinander getrennt. Vorzugsweise
treffen sich die Verbindungskanäle 10a, 10b an
einer ihnen gemeinsamen Eingangsstelle 12 des Sammelkanals 11.
Während
des Beschichtungsbetriebes sind nur die Eingangsventile wie z.B. 4 und 7 für Stammlack
und Härter
des gewählten
2K-Systems geöffnet,
so dass diese beiden Komponenten gleichzeitig durch die Verbindungskanäle 10a, 10b in
den gemeinsamen Sammelkanal 11 fließen. Infolgedessen wirken die
Verbindungskanäle 10a, 10b als
Trennstrecken, durch die keine der beiden Komponenten gegen die
Strömungsrichtung
in das jeweils andere Leitungssystem gelangen kann. An dem zu seiner
Eingangsstelle 12 entgegengesetzten Ende hat der gemeinsame
Sammelkanal 11 einen Ausgang 13, aus dem das Gemisch
der beiden Komponenten zu dem Zerstäubungs- oder sonstigen Applikationsorgan
der Beschichtungsanlage fließt.
In jedem der Verbindungskanäle 10a, 10b kann
sich eine zweckmäßig ebenfalls
als Nadelventil üblicher Art
ausgebildete steuerbare Freigabeeinrichtung 15a bzw. 15b befinden,
mit der der Weg von dem jeweiligen Ein gangssammelkanal 2a bzw. 2b in
den gemeinsamen Sammelkanal 11 gesperrt werden kann.
-
Entsprechend
der dargestellten symmetrischen Y-Anordnung bilden die Achsen der
Mündungsabschnitte
der Verbindungskanäle 2a, 2b an der
Ihnen gemeinsamen Eingangsstelle 12 des Sammelkanals 11 miteinander
einen spitzen Winkel, der bei diesem Beispiel etwa 45° beträgt, und
mit der Achse des Eingangsabschnitts des als geradlinig angenommenen
Sammelkanals 11 jeweils die Hälfte dieses Winkels. Vorzugsweise
liegen diese drei ein Y bildenden Achsen in einer gemeinsamen Ebene.
-
Das
Gehäuse 1 der
Ventilanordnung könnte die
in 1 dargestellten Ventil-
und Leitungssysteme in einem einstöckig geformten Gehäusekörper enthalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die
schematisch vereinfacht in 2 dargestellt
ist, besteht das Gehäuse
aber aus drei einzelnen scheibenartigen Gehäusekörpern 20a, 20b und 20c,
die in der dargestellten Orientierung mit ihren Hauptflächen aneinander
befestigt werden. Beispielsweise kann der in der Zeichnung obere
Gehäusekörper 20a die gemäß 1 vorgesehenen Eingangsventile 4 und 5 für Stammlack
und das Ventil 6 enthalten, während sich die Ventile 7 und 8 für Härter und
das weitere Eingangsventil 9 in dem unteren Gehäusekörper 20b befinden
können.
-
Die
Eingangsventile sind darstellungsgemäß liegend in dem jeweiligen
Scheibenkörper
angeordnet, d.h. die Achsen der Ventilnadeln können in einer zu den Scheibenhauptflächen parallelen
Ebene sternförmig
um den senkrecht zu den Hauptflächen verlaufenden
jeweiligen Eingangssammelkanal 2a (in 2 nicht sichtbar) bzw. 2b verteilt
sein. Die Nadelventile sind durch Öffnungen in den quer zu den Hauptflächen liegenden
Seitenflächen
der Gehäusekörper 20a und 20b eingesetzt;
die Öffnungen
zum Einsetzen der Ventile 5, 7 und 9 sind
bei 25, 27 und 29 sichtbar. Die von den
Eingangsventilen gesteuerten, bei 34, 35 und 36 bzw. 37, 38 und 39 angedeuteten
Kanäle,
durch die die jeweiligen Medien in die Ventilanordnung geleitet
werden, können
von ihrer Öffnung
in der betreffenden Hauptfläche
zunächst senkrecht
hierzu bis zu dem zugehörigen
Ventil und dann längs
dessen Nadelachse parallel zu den Hauptflächen bis zu der Einmündung in
den Eingangssammelkanal 2a bzw. 2b verlaufen (die
Einmündung
ist in 3 genauer dargestellt).
Die Eingangssammelkanäle 2a und 2b münden ihrerseits
jeweils an einer Öffnung
des betreffenden Gehäusekörpers in
der dem mittleren Gehäusekörper 20c zugewandten
Hauptfläche.
Die Öffnung 22b des
Kanals 2b in der Hauptfläche des Gehäusekörpers 20b ist in 2 sichtbar.
-
Wenn
die drei Gehäusekörper 20a, 20b und 20c zur
Bildung des Gehäuses 1 (1) der 2K-Ventilanordnung
zusammengesetzt sind, fluchtet der Eingangssammelkanal 2a für den Stammlack
entsprechend der Strichpunktlinie mit einem quer zu der Scheibenhauptfläche in den
mittleren Gehäusekörper 20c führenden
Abschnitt des Verbindungskanals 10a, dessen Öffnung in
der Hauptfläche
bei 21a sichtbar ist. Innerhalb des Gehäusekörpers 20c setzt sich
der Verbindungskanal 10a dann in dem die Freigabeeinrichtung 15a bildenden
Nadelventil längs dessen
Nadelachse bis zu der Einmündung
in den gemeinsamen Sammelkanal 11 fort, dessen z.B. geradlinige
Achse in einer zu den Hauptflächen
parallelen Ebene liegt, und dessen Ausgang 13 an der Außenseite
des Gehäusekörpers 20c sichtbar
ist.
-
Ebenso
geht der Eingangssammelkanal 2b für den Härter quer zu. den Scheibenhauptflächen fluchtend
in einen Abschnitt des Verbindungskanals 10b über, der ähnlich dem
Verbindungskanal 10a innerhalb des Gehäusekörpers 20c in einen
parallel zu den Hauptflächen
durch die Freigabeeinrichtung 15b zu dem gemeinsamen Sammelkanal 11 verlaufenden Abschnitt übergeht.
-
An
den Verbindungsstellen zwischen den durch die beiden Strichpunktlinien
angedeuteten, in den Gehäusekörpern 20a, 20b und 20c quer
zu den Hauptflächen
verlaufenden Abschnitten der beiden Verbindungskanäle 10a und 10b,
also an den Öffnungen 21a und 22b,
befindet sich zwischen den aneinander angrenzenden Gehäusekörpern jeweils
ein diese Kanalabschnitte abdichtend zusammenfügendes Verbindungsstück (nicht
dargestellt). Da die Achsen dieser Kanalabschnitte die Nadelachsen
der Freigabeventile der Einrichtungen 15a, 15b an
von der Eingangsstelle 12 des Sammelkanals 11 entfernten
Stellen schneiden, sind sie darstellungsgemäß gegeneinander versetzt.
-
3 ist die Darstellung einer
zweckmäßigen, praktisch
realisierbaren Ventilanordnung nach 2 und
insbesondere der drei Gehäusekörper 20a, 20b und 20c,
die hier mit 20a', 20b' bzw. 20c' bezeichnet
sind. Die beiden äußeren, bei
diesem Beispiel untereinander spiegelbildlich gleichen oder ähnlichen
Gehäusekörper 20a' und 20b' können also
die dargestellte stern- oder Y-förmige
Gestalt mit drei gegeneinander abgewinkelten Ventilgehäuseteilen
haben, in die jeweils eines der drei Ventile 4, 5 und 6 bzw. 7, 8 und 9 (2) geschraubt ist. Bei 4' ist z.B. die
Außenseite
des Ventils 4 in der radialen Stirnfläche des dieses Ventil enthaltenden
Gehäuseteils
des Gehäusekörpers 20a' sichtbar, während in
den radialen Stirnflächen
der die Ventile 8 bzw. 9 enthaltenden Gehäuseteile
des Gehäusekörpers 20b' diese Ventile
bei 8' bzw. 9' (entsprechend
z.B. der Öffnung 29 in 2) sichtbar sind. In dem
mittleren Gehäusekörper 20c', der als annähernd rechteckig
dargestellt ist, sind die Außenseiten
der beiden hier mit 15a' und 15b' bezeichneten
Freigabeventile in entsprechenden Bohrungen in einer der quer zu
den Hauptflächen
liegenden Seitenflächen
erkennbar.
-
In 4 ist zur weiteren Verdeutlichung
das Schaltschema der beschriebenen gesteuerten Eingangsventile 4 bis 9 und
der Freigabeventile 15a und 15b als 2/2-Wegeventile 4'' bis 9'' bzw. 15a'' und 15b'' dargestellt.
An die Ausgänge
der die Eingangsventile 4 bis 6 der Anordnung
nach 1 oder 2 darstellenden Ventile 4'', 5'' und 6'' ist bei 2a'' der
zugehörige
Eingangssammelkanal 2a angeschlossen, während die Ausgänge der
Ventile 7'', 8'' und 9'' bei 2b'' in ähnlicher Weise an den Eingangssammelkanal 2b zusammengeführt sind.
Von dort führt
je eine Verbindungsleitung 10a'' bzw. 10b'' (entsprechend den Kanälen 10a und 10b) über die
Freigabeventile 15a'' bzw. 15b'' zu dem allen Ventilen gemeinsamen Sammelkanal
bei 11'' und zu dem
Ausgang 13'' der Ventilanordnung.
-
5 ist eine vereinfachte
Darstellung der Einmündung
von drei Nadelventilen in einen Sammelkanal mit polygonalem, hier
annähernd
dreieckigem Querschnitt gemäß dem eingangs
erläuterten besonderen
Aspekt der Erfindung. Obwohl diese Anordnung nicht auf 2K-Ventile
beschränkt
ist, kann es sich insbesondere um den Eingangssammelkanal 2a (oder 2b)
in dem Gehäusekörper 20a (bzw. 20b)
gemäß 2 mit den in einer gemeinsamen
Ebene angeordneten Eingangsventilen 4, 5 und 6 (bzw. 7, 8 und 9)
handeln, von denen nur die den konischen Ventilsitz bildenden Ventilöffnungen 44, 45 bzw. 46 und
im Fall des Ventils 6 dessen Nadel 47 in ihrer
das Ventil schließenden
Stellung dargestellt sind. Entsprechend der Form des Ventilsitzes
verjüngt
sich die Ventilnadel 47 an ihrem Ende bis zu ihrer ebenen Stirnfläche 48.
Die Einmündungsstelle
der Ventile 7, 8 und 9 in den Eingangssammelkanal 2b im
Gehäusekörper 20b kann
gleich oder ähnlich
sein. Die Querschnittsform des Sammelkanals kann zweckmäßig der
Anzahl der in derselben Ebene liegenden Ventile entsprechen, also
z.B. bei vier Ventilen rechteckig sein. Die Ecken des Polygons sind
vorzugsweise mit relativ großem
Radius abgerundet, was u.a. die Spülbarkeit der Kanäle verbessert.
Es ist auch denkbar, dass die Nadelachsen nicht in einer gemeinsamen
Ebene liegen, sondern die Kanalachse schräg, also mit einem von 90° verschiedenen
Winkel schneiden.
-
Aufgrund
des polygonalen Kanalquerschnitts kann die ebene, bei dem betrachteten
Beispiel senkrecht zu der Nadelachse liegende Stirnfläche 48 der Ventilnadeln 47 bei
geschlossenem Ventil mit der die betreffende Ventilöffnung enthaltenden
ebenen Wand des Eingangssammelkanals 2a fluchten, wie in 3 ersichtlich ist, so dass
weder die Ventilnadel in den Kanal hineinragt noch ein Hohlraum
zwischen ihrer Stirnfläche
und dem Kanal verbleibt.
-
Während die
Kanäle 2a und 2b in 2 den beschriebenen polygonalen
Querschnitt haben können,
kann der Querschnitt der in die nachgeschalteten Freigabeventile 15a und 15b führenden
Abschnitte der Verbindungskanäle 10a, 10b rund,
z.B. kreisförmig
sein. Der Übergang
zwischen diesen unterschiedlichen Kanalquerschnittsformen kann zweckmäßig in den
erwähnten
abdichtenden Verbindungsstücken
zwischen den drei Gehäusekörpern 20a, 20b und 20c konstruktiv
realisiert sein.