JP4652571B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、低粘度から高粘度流体に対する弁装置、特に、単一もしくは複数の成分を有するプラスチック混合物の流体プラスチック成分に対する弁装置であって、流体流入路と、閉鎖部材により必要に応じ閉鎖又は開口しうる投入ノズルと前記閉鎖部材に対し作用する空力学に予圧可能な制御部材からなる流体流入路の流体に作用する圧力制御装置とを有する投入弁とを備えたバルブハウジングからなる弁装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
この種の弁装置は、特に種々異なるプラスチック成分を混合すると共に次いで処理可能なプラスチック混合物として出口を介し射出してたとえば直ちにシールとして部品に成形される、混合ヘッドでのプラスチックの処理に特に使用される。弁装置は個々のプラスチック成分につき混合ヘッドの入口に配置され、投入弁が閉鎖される際に成分の供給を停止すると共に、投入弁が開口された際に供給成分が一定容積流量だけでなく事前設定の一定流体圧力でも混合ヘッド中に導入されるよう確保すべく作用する。
【０００３】
ＤＥ−ＯＳ １９５ ４２ ７９７号からは、圧力制御装置が主としてハウジング内に配置された圧縮バネから形成され、弁ニードルとして形成された閉鎖部材に対し作用し、そのバネ予荷重をハウジングの外部から調整ネジを調整することにより手動調整することができる弁装置が知られている。ノズルニードルに対しバネにより加えられる力は流体圧力と均衡し、この圧力はシフト方向に対し横方向に存在するノズルニードルの前側領域に対し作用する。バネの圧力および流体圧力によりノズルニードルに加わる圧力は操作の際に均衡して、バネの予荷重を調整することにより流体流入路における流体圧力を制御することができる。
【０００４】
この公知の装置は、流体流入路における正確な圧力比の調整に関し比較的複雑である。何故なら、この調整はハウジングの外部から手動で行われると共に調整ネジの小さい調整が流体における比較的大きい圧力変化をもたらし、バネ力を流体に移行させるノズルニードルにおける有効前側領域がその設計に基づき小さいからである。投入ポンプにより供給される容量流量による一定流体圧力での操作はノズルニードルが弁を開口させた際にバルブハウジング内のその相対位置を維持する場合のみ保証されるという点で公知装置は特に不利である。ノズルニードルにより開口される断面積がこの相対位置にて、たとえば固化プラスチック成分または他の材料の蓄積により減少すればノズルニードルをバネの力に抗してさらに開口させて流体の一定容量流量につき必要な一定断面積を維持せねばならない。ノズルニードルの小さい移動でさえ既に、バネ荷重およびバネ力における大きい変化をもたらし、従って流体圧力はノズル断面にて僅かな材料の蓄積が生じた場合でも大きく増大する。
ＤＥ ３６ ３０ ９１０Ａ１号からは出口開口部を有するノズルヘッドが設けられた上記種類の弁装置が知られており、ここではノズルノードルを封止位置から開口位置まで前進移動させることができ、ここに材料を供給ラインにより導入することができる。この装置は一定量の空気を内蔵する緩衝チャンバを備え、空気はノズルヘッドの内側チャンバにおける材料と、出口開口部から離れた側に設けられた内側チャンバのシールとの間に存在する。この緩衝チャンバは、膜によりカウンタ圧力チャンバから分離される。
この公知装置において空気バッファーは、緩衝チャンバにも内蔵された流体の直ぐ上に存在し、流体は望ましくない状態にて膜に到達することができる。一般に硬化プラスチックである流体は、膜で硬化することができ、必要な可撓性を持たずその目的を完全には果たさない。
【０００５】
（発明の開示）
本発明の課題は、これら欠点を回避すると共に上記種類の弁装置を一定流体圧力が、投入弁開口の際に閉鎖部材の位置とは無関係であり、従って汚染物がノズル断面に生じた際にも維持されるように容易に調整されうるよう設計するだけでなく、流体が感圧制御膜に達しえないよう設計することである。
【０００６】
この課題は請求項１の特徴を有する弁装置により解決される。
【０００７】
空気圧式またはサーボ空気圧式に予圧可能な制御膜の使用は、この装置により投入される流体の特に簡単な圧力制御を可能にする。何故なら、膜の予圧を変化させる空気圧力も自動的に容易に調整しうるからである。膜を予圧させる圧縮空気に適する圧力アキュミレータのもの、好ましくはできるだけ大容量のものを使用することにより、閉鎖部材の移動はノズル出口で汚染物として生じうるので圧縮空気圧力は全くまたは無視しうるほど微量にしか増大せず、次いで流体圧力の変化も生ぜしめない。特に本発明による弁装置の設計は、制御膜に対し作用する空気圧のコンピュータ支援調整もしくは変化によるその自動制御を容易化させる。遮断膜は全ゆる操作状態にて、感圧制御膜が望ましくない条件下でも流体プラスチックもしくはプラスチック混合物により汚染されえないことを容易化させる。
【０００８】
本発明の好適設計においては、投入弁が処理装置に対する流体の供給につき必要に応じ開口し或いは再循環弁が貯蔵容器への流体の戻り用につき開口するよう再循環弁をバルブハウジング内に配置することもできる。この主たる公知設計により、供給される流体はたとえば処理装置の投入弁により混合ヘッドに供給され又は再循環弁により貯蔵容器まで循環されて搬送される。共通ハウジングにおける投入弁および再循環弁のコンパクトなユニットはその後の処理装置の始動期における困難性を排除する。何故なら、これがサイクルにおける流体の循環に基づき常に完全に満たされ、新しい流体が投入弁の開口直後に常に添加されるからである。
【０００９】
制御膜は好ましくは空気圧充填しうる圧力制御チャンバの１部であって、ハウジング内を移動しうるプランジャにより弁ニードルとして設計された閉鎖部材に対し作用する。これにより圧力制御チャンバは、制御膜により流体流入路における流体に作用する圧縮空気のための圧力貯蔵部を形成する。圧縮空気により及ぼされる力は、実質的に摩擦ロスなしにプランジャにより弁ニードルまで移行する。遮断膜は好ましくは閉鎖部材とプランジャとの間に配置されて、プランジャも流体流入路から分離されると共にバルブハウジング内の主として摩擦なしの極めて正確な装着が流体の流入により悪影響されないようにする。
【００１０】
プランジャは制御膜に装着された圧力ピンにより制御膜で駆動することができ、制御膜はボールベアリング部材によりプランジャに支持される。好ましくは単一のボールのみで構成されるボールベアリング部材が実質的に摩擦ロスなしでプランジャと圧力ピンとの間に作用する力ができるだけ均一かつ正確に中心へ移行するようにし、その結果制御膜における空気圧と流体流入路における流体圧力との間に正確な圧力均衡が生じうる。
【００１１】
閉鎖部材は好ましくはハウジング内に支持されるバネによりプランジャの方向に予圧され、これは投入弁が開口した際に投入部材を投入ノズルに少なくとも供給流体の流体圧力が投入部材に作用しうるような程度にまで引き戻す。投入弁の閉鎖部材は投入ノズルを閉鎖もしくは開口させる作動装置により移動させることができ、特に有利には主としてハウジング内に旋回自在に装着された作動シリンダにて作動させうる作動レバーで構成され、閉鎖部材またはバネに抗して圧力シリンダに対し作用する。特に再循環弁および投入弁を実質的に同様に構成する本発明の特に有利な設計によれば、投入弁および再循環弁またはその閉鎖部材を共通作動レバーにより作動させることができる。
【００１２】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、本発明の更なる特徴および利点につき添付図面を参照して実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１は、処理すべきプラスチック成分１２のための混合容器１１を有するプラスチック処理装置１０の１部の流れ図であり、プラスチック成分はプラスチック混合物用の混合ヘッド（詳細には図示せず）に導管１３および弁装置１４を介し投入弁１５により供給されるか、或いは再循環弁１６により第２導管１７を介しサイクル内の貯蔵容器１１に搬送し返される。
【００１４】
弁装置１４を図２〜４に示す。これは主としてバルブハウジング１８よりなり、投入弁１５と再循環弁１６とが配置される。流体流入路２０と導管１３もしくは１７を接続する戻りコネクタ２１とをハウジングの上側１９に設けるのに対し、流体出口２２をハウジングの下端部に設け、そこからプラスチック流体をプラスチック処理装置の混合ヘッドに注入する。
【００１５】
投入弁１５と再循環弁１６とは実質的に同様に構成され、投入弁のみを詳細に説明する。これは実質的に弁ニードル２３よりなり、これは流体出口用の閉鎖部材を形成し、出口２２に配置されたチャンネル２４にて軸方向に移動自在に収容され、さらにその先端部２５が図面の左側で前方向位置にて移動する際に出口の開口部２６を閉鎖すると共に押戻し位置にてこれを開口させる。弁ニードル２３の開口を容易化させるようチャンネルには小さい螺旋バネ２７を配置し、これは弁が閉鎖される際に予圧され、次いで弁の開口位置までニードルを移動させるのに役立つ。
【００１６】
弁ニードル２３は図面の右側でそのヘッドを背部に有する遮断膜２９に装着され、出口２２への流体流入路のための或いは他の弁ユニットの戻しのためのチャンネル３０を分離する。遮断膜はバルブハウジングの１部１８ｅとシリンダ部材３１との間にクランプされ、そこに螺着されてニードル２３の閉鎖位置から開口位置への移動を防止または制限しない程度まで弁ニードルの軸線方向に延びることができる。
【００１７】
流体を搬送しない遮断膜２９の他の側には、プランジャ３２をその前側３３に隣接するシリンダ部材３１に、弁ニードルのヘッド２８に対し中間遮断膜２９により移動自在に配置する。中心孔部３５をプランジャ３２の裏側３４に設け、この孔部は圧力ピン３６を支持し、これはプランジャにおけるボール３８により孔部の底部３７に支持される。
【００１８】
圧力ピン３６にはその後端部に制御膜４０のためのクランプ装置３９を設け、これは第１クランプ板４１と第２クランプ板４３とで構成され、第２クランプ板を中心ネジ４２により第１プレートに螺着し、これは制御膜４０をそれらの間に封止的にクランプする。制御膜は空気圧充填自在な圧力チャンバ４４の部分であり、その縁部にてバルブハウジングの部分１８ｂと圧力チャンバ蓋４５との間で気密にクランプされる。圧力チャンバは圧縮空気のためのコネクタ（詳細には図示せず）を備え、これは圧縮空気の外部供給により制御される。
【００１９】
再循環弁は投入弁と実質的に同一に構成されるが、再循環弁１６の弁ニードル２３′は投入弁のそれよりも短く、開口ノズルニードル位置における流体流入路２０を戻り路２１に接続し或いは流体戻りを弁の閉鎖位置における第２導管１７に沿って停止させるよう作用し、全供給流体を投入弁により混合チャンバに注入し、次いで投入弁は開口される。
【００２０】
ハウジングにおける２つの弁の切換は共通切換装置により行われ、これは主としてハウジング内に旋回自在に装着された切換レバー４６により旋回されることができ、バルブハウジング１８の上部に配置された作動シリンダ４７により旋回させることができ、これにより各弁を一方の弁が閉鎖されている際に他方の弁が開口されるよう同時に移動させる。この配置は、再循環弁が閉鎖されている際に切換レバーが閉鎖されると共に、投入弁が開口（図３）している際に旋回軸線４９の上方に位置する再循環弁１６のプランジャを包囲する作動レバー４８が再循環弁の弁ニードル２３′を閉鎖位置まで押圧する一方、切換レバー４６の下端部が投入弁のプランジャと接触しないようにし、従って弁ニードルはバネ２７によりハウジング中へ押し戻されて開口部２６を開口させる。再循環方式（図４）まで切り換える際、作動シリンダ４７における圧力が低下し、これにより作動バネ５０は作動レバー４６を回転させ、これにより作動レバー４８は一方では再循環弁のプランジャから脱着すると共に弁ニードル２３′を開口させ、他方では切換レバーが投入弁のプランジャをその下端部にて図面で左方向に前進されて弁を閉鎖する。
【００２１】
投入弁１５が開口される際、圧力バネも切換レバーもノズルニードルもしくはプランジャには作用せず、閉鎖部材は実際に機械的影響を受けないプランジャおよび圧力ピンにより制御膜に支持されることが明らかである。このことは、弁装置を流過する流体の圧力が圧力チャンバ４４における空気圧に均衡すること、すなわちノズルニードルの位置およびバルブハウジングのピストンによっては影響されないことをも意味する。何故なら、軸線方向におけるプランジャの移動および圧力チャンバ中への制御膜の絞り込みだけが小さい容積変化を行い、理論的に生ずる圧力増加は無視しうるほど小さいからである。空気が充填された圧力チャンバにおける理論的圧力増加は、圧力チャンバが接続される圧縮空気のサイクルの全容積の増加と共に低下する。圧力チャンバにおける空気圧が自動制御されるので、圧力チャンバの容積は、これらの場合は空気における圧力増加にとって特に重要でなく、従って流体にも重要でない。
【００２２】
この特定の設計は、本発明の弁装置にてハウジング内のノズルニードルの位置とは無関係に供給プラスチック成分における一定の流体圧力を確保することを可能にする。投入弁または再循環弁の汚れがその開口部２６の領域にて生ずれば（これはこの領域における断面積を減少させる）、ノズルニードルはさらに後方向に移動することができ、これにより初期断面積が流体圧力の増加なしに再現される。流体圧力は圧力チャンバにおける空気圧を変化させて極めて容易かつ正確に変化させることができ、従って本発明による弁装置は適する制御装置、たとえばコントロール（ＳＰＳ）により生じうる流体圧力の自動制御もしくは調整に極めて適し、これをメモリーにプログラミングすることができる。
【００２３】
共通制御レバーによる両弁の機械的結合は両弁が常に同時に作動されるよう保証すると共に、一方の弁が開口される際に他の方の弁が常に閉鎖位置にあって、たとえば２個とも閉鎖した弁のような間違った操作が安全に排除されるよう保証する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による弁装置の好適使用を示す流れ図；
【図２】 本発明による弁装置の平面図；
【図３】 開口した投入弁を有する図２の弁装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図；
【図４】 開口した再循環弁を有する図２の弁装置のＩＶ−ＩＶ線断面図。

Claims (10)

1. 流体に対する弁装置であって、流体流入路と、閉鎖部材により必要に応じ閉鎖もしくは開口しうる投入ノズルと、圧力チャンバと該圧力チャンバ内に設けられ、プランジャ（３２）を介して該閉鎖部材に作用する制御膜（４０）を有する圧力制御装置とを有する投入弁とを備えたバルブハウジング（１８）からなる弁装置において、該圧力制御装置は、遮断膜（２９）により該バルブハウジング（１８）内の流体流入路（３０）から分離されて設けられ、該バルブハウジング（１８）内には更に作動シリンダ（４７）と該作動シリンダにより旋回される作動レバー（４６）が設けられており、該作動レバー（４６）の一端が、該閉鎖部材（２３）を開口位置に付勢するバネ（２７）に抗して該閉鎖部材（２３）を閉鎖するようにプランジャ（３２）に作用することを特徴とする弁装置。
2. 再循環弁（１６）がバルブハウジング（１８）に追加配置されて、投入弁（１５）を混合ヘッドに対する流体（１２）の供給のため必要に応じ開口させ、または再循環弁（１６）を貯蔵容器（１１）へ流体（１２）を戻すため開口させることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記圧力チャンバが空気圧充填式圧力制御チャンバであり、制御膜（４０）が該空気圧充填式圧力制御チャンバ（４４）の一部であると共に、バルブハウジング（１８）内で移動自在であるプランジャ（３２）により弁ニードル（２３）として形成された閉鎖部材に対し作用することを特徴とする請求項１または２に記載の弁装置。
4. 遮断膜（２９）が閉鎖部材（２３）とプランジャ（３２）との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の弁装置。
5. プランジャ（３２）が制御膜（４０）に装着された圧力ピン（３６）を用いて制御膜（４０）により駆動され、前記ピンがボールベアリング部材（３８）によりプランジャ（３２）に支持されることを特徴とする請求項３または４に記載の弁装置。
6. 閉鎖部材（２３）が、プランジャ（３２）の方向にハウジング（１８）内に支持されたバネ（２７）により予圧されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の弁装置。
7. 投入弁（１５）の閉鎖部材（２３）を作動シリンダ（４７）と該作動シリンダにより旋回される作動レバー（４６）により移動させて、投入ノズル（２６）を閉鎖または開口させうることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁装置。
8. 再循環弁（１６）および投入弁（１５）が基本的に同様に構築されることを特徴とする請求項２又は請求項２に従属する時の請求項３ないし７のいずれか一項に記載の弁装置。
9. 投入弁（１５）および再循環弁（１６）の夫々の閉鎖部材（２３、２３′）を、該作動レバー（４６）により作動させうることを特徴とする請求項２又は請求項２に従属する時の請求項３ないし８のいずれか一項に記載の弁装置。
10. 前記流体が、単一もしくは複数の成分を有するプラスチック混合物の流体プラスチック成分である請求項１に記載の弁装置。

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