JP5490214B2 - 高粘性媒体用の切換え弁 - Google Patents

Description

本発明は、高粘性媒体用、特にプラスチック溶融物用の切換え弁であって、少なくとも１つの流入開口と少なくとも２つの流出開口とを備えたハウジングが少なくとも設けられていて、流入開口及び流出開口は共に弁孔に開口しており、該弁孔には弁タペットが支承されていて、該弁タペットは少なくとも１つの切欠きを有していて、該切欠きを介して流入開口は選択的に、流出開口のうちの１つと接続される形式のものに関する。

このような形式の弁は、特に、プラスチック溶融物を調製及び濾過する装置のために必要であり、このような装置はプラスチック処理機に配属される。回転弁として形成された３ポート２位置方向切換え弁が公知である。弁タペットはその周囲に溝を有している。弁タペットは次のように回転させられる：すなわち、
- 溝を介して、流入開口と第１の流出開口との間に流路が形成され、
- 溝を介して流入開口と第２の流出開口との間に流路が形成され、
- 溝が達していない、弁タペットにおける別の周壁区分を介して、流入開口が閉鎖され、かつすべての流路が中断されるように、回転させられる。

溝を、流出開口の間における壁区分の長さよりも幾分長く設けることも公知である。このようになっていると、弁タペットの移行箇所において溝と両流出開口との間にそれぞれ１つの小さな開口間隙が生ぜしめられ、これによって、溶融物を導く両方の流路における溶融物の流出を、強く減じられた流速度で行うことができる。

溝が可能なすべての位置において貫流されることによって、デッドゾーン、つまりプラスチックが長い滞在時間及び加熱によって化学的及び熱的に分解するおそれのあるデッドゾーンが、存在しなくなる。

しかしながら公知の構成には実地において、シールに関して問題のあることが判明した。一方において漏れ流を回避し、かつ他方において自由な回転可能性を保証するために、弁タペットとハウジングとの間における間隙は極めて正確に形成されねばならず、このことは、実際には円錐形の弁タペットと円錐形の弁孔とによってしか得ることができない。そして両方の部材において等しい円錐角を得ること及び円錐形のジオメトリを製造することは、製作技術的に極めて手間がかかりかつ高コストである。

運転中に円錐形の弁タペットは、シールを保証するために予負荷されている。

公知の切換え弁のさらなる根本的な欠点として次のことが挙げられる。すなわち公知の切換え弁では、流入開口及び流出開口は半径方向で弁孔に向かって延びていなくてはならず、従って、両方の流出開口を付加的な変向部なしに１つの共通の面において互いに並べて位置決めすることは不可能である。

ゆえに本発明の課題は、簡単に製造することができ、かつ互いに並んで位置する流出開口を可能にする切換え弁を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式の切換え弁において、弁タペットは弁孔内において軸方向移動可能に配置されていて、軸方向に延びる溝形の流入ゾーンと軸方向に延びる溝形の流出ゾーンとを有しており、流入ゾーンはハウジングにおける流入開口と接続され、流出ゾーンはハウジングにおける流出開口のうちの少なくとも１つと接続されるようになっており、流入ゾーンと流出ゾーンとはそれぞれ両端部において接続通路を介して互いに接続されていて、流入ゾーンと流出ゾーンと接続通路とは無端のリング通路を形成しているようにした。

軸方向運動のために必要な力は、液圧シリンダ又はこれに類したものによって簡単に生ぜしめることができ、しかも弁タペットの材料を、比較可能な直径比において、溝によって横断面が弱化されている回転可能な弁タペットの捩り応力に比べて、僅かしか負荷しない。これによって、プラスチックのような高粘性媒体の貫流時における十分なシール性を保証する緊密な嵌合を、弁タペットと弁孔との間において選択することができる。また弁孔及び弁タペットの円筒形の形状は製造を著しく容易にする。

本発明において重要なことは、リング溝が弁タペットにおいて軸方向の流入ゾーン及び流出ゾーンと一緒に形成されていることである。

ここで「リング」というのは、溝の無端の形状を意味するものであり、円形形状である必要はない。

また本発明において「軸方向」というのは、円筒形の座標系において溝の最大長さが中心軸線の方向に延びていることを意味している。流入ゾーン及び流出ゾーンの直線的な形状と流入ゾーン及び流出ゾーンの軸平行な方向付けは、流入ゾーン及び流出ゾーンを簡単に製造できることに基づいて、確かに有利な実施形態である。しかしながらまた、溝自体が湾曲しているような構成及び／又は溝が円筒体の長手方向軸線に対して捩れて方向付けられているような構成も可能である。

流入ゾーンにおける閉鎖されたリング構造に媒体を供給することによって、２つの部分流への分割が行われ、両部分流は互いに逆向きの方向に、つまり一方は時計回り方向で、かつ他方は逆時計回り方向で、流出ゾーンに向かって流れ、この流出ゾーンを介して、流出開口のうちの１つにおいて流出する。従って両方の作業位置において常に２つの部分流路が同時に貫流され、流路の部分領域において材料残留物が長時間滞留することはない。

リング溝は有利には、両方の作業ポジションにおいて液圧的に等しい２つの流路が生じるように、つまり長さ及び／又は流れ抵抗が部分通路及び接続通路区分において等しい容積流を生ぜしめるように、形成されている。

有利な実施形態では対称的なリング溝が設けられていて、このリング溝では等しい軸方向ポジションにおいて弁タペットに等しい長さの流入ゾーン及び流出ゾーンが設けられており、流入ゾーンと流出ゾーンとは両側において、等しい長さの接続通路を介して互いに接続されている。流入ゾーン及び流出ゾーンの横断面並びに接続通路の横断面は、少なくとも対を成して同様に同じである。

本発明の別の実施形態では、接続通路は、それぞれ流入ゾーンと流出ゾーンとの間において円筒形の周壁に沿って延びている溝として形成されている。

本発明の別の実施形態では、接続通路として孔が設けられており、これらの孔は半径方向又は割線の方向で円筒形の弁タペットにおいて延びていて、これらの孔によって流入ゾーン及び流出ゾーンの端部領域はそれぞれ互いに接続されている。

この対称的な流路分割は、弁タペットの円筒周面において平行に方向付けられた流入ゾーン及び流出ゾーンの位置とは無関係に可能である。

流入ゾーンと流出ゾーンとが互いに直径方向で向かい合って位置していて、その結果流入開口と流出開口とが互いに向かい合って位置している基本構成が可能であるが、横断面で見て流入ゾーンと流出ゾーンの半径方向における中心線が、１８０°よりも小さな角度を成しているような適宜な構成も可能である。

作業位置においては、流入ゾーンと流入開口とは横断面が完全に合致し、かつ流出ゾーンと流出開口のうちの１つとは横断面が完全に合致する。他の流出開口はこの場合、弁タペットの円筒周壁によって完全に覆われていて、これによって遮断されている。

後置されたユニットの運転開始時に徐々に充填を可能にするため、又は空気を、切換え弁に前置されたユニットから押し退けるために、切換え弁の付加的な待機位置が設けられていてもよく、この待機位置において流出ゾーンは流出開口によって僅かに部分的に覆われているだけであり、その結果溶融物に対して強い流れ障害物が形成され、これによって、フィルタポットのような後置されたユニットのゆっくりとした充填が可能になる。そのために本発明の別の有利な構成では、流出ゾーンは、弁孔の、隣接した流出開口を互いに隔てている内壁区分よりも長く形成されている。

すなわち流出ゾーンは、該流出ゾーンが左右においてちょうどぎりぎりに流出開口の内幅に進入するように位置決め可能である。

この場合弁タペットの軸方向における移動距離は、流入ゾーンの長さから流入開口の直径を差し引いた長さに相当しており、流出開口の外側の制限縁の間隔は、前記移動距離に流出ゾーンの長さを加算した値に相当している。このようなジオメトリではすべての作業位置において外側に、流出ゾーンから各流出開口への整合した、つまり面一の移行部が生じる。

次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

第１実施形態による切換え弁の弁タペットを示す斜視図である。 切換え弁の一方の作業位置を示す横断面図である。 切換え弁の他方の作業位置を示す横断面図である。 切換え弁の待機位置を示す横断面図である。 第２実施形態による弁タペットを示す斜視図である。 弁タペットにおける流出ゾーンを示す平面図である。

図１には切換え弁用の弁タペット１０が示されており、この弁タペット１０の外周面にはリング溝が形成されている。このリング溝は、流入ゾーン１２もしくは流出ゾーン１１としての軸平行な２つの溝と、２つの接続通路１３，１４とから成っている。接続通路１３，１４は、弁タペット１０の図示の実施例では円弧形の溝として形成されており、円周に沿って円筒面の一部にわたって延在している。角隅領域１６，１７，１８，１９において溶融物は９０°変向されるか又は流出開口２１，２２に導かれる。

リング溝の構成は全体として対称的であり、その結果、逆向きの貫流も、つまり流入ゾーンと流出ゾーンとを入れ替えることも同様に可能である。

流路が均一に分割されている様子は、図２及び図３における切換え弁１００の横断面図において明らかであり、図２及び図３においてそれぞれ弁タペット１０は、弁孔を備えた弁ハウジング２０内に挿入されている。

下側には流入開口２３が設けられており、この流入開口２３は、ハウジング２０の外側面と弁孔との間を延びている。上側には互いに並んで２つの流出開口２１，２２が設けられている。

図２において弁タペット１０は左に向かってシフトされている。流入する溶融物流Ｅは流入開口２３を通って弁タペット１０の流入ゾーン１２に達する。矢印で示されているように、流れの一部分は流入ゾーン１２に沿って左に向かって流出し、そこから接続通路１３内に流入し、次いで流出ゾーン１１を貫いて左側の流出開口２１に、流出する溶融物流Ａとして流入する。流れの第２の部分は、初めに接続通路１４を通って、次いで流入ゾーン１２に沿って左に向かって流出し、そして流出開口２１に達する。切換え弁の内部において分割された部分流は、後で流出開口２１において再び１つになる。

接続通路１４の幅は、流入開口２３の直径と同じであり、右に向かっての流入ゾーン１２の長さはここで終端しているので、接続通路１４と流入開口２３との間においては滑らかな移行部が与えられている。流出開口の領域において左側の接続通路１３と、流出ゾーン１１の左側の端部と、流出開口２１の左側の壁区分とはそれぞれ互いに移行している。

図３において弁タペット１０は右に向かって移動させられており、つまりこの場合、流入ゾーンの長さから流入開口の直径を差し引いた長さに相当する区間もしくは距離だけ、右に向かって移動させられている。

部分流の流れ経過は、この場合図２とはちょうど逆である：すなわち、
- 第１の部分流は、時計回り方向に流れ、つまり最初は接続通路１３を通り、次いで流出ゾーン１１を通って、右側の流出開口２２にまで流れる。
- 第２の部分流は、流入ゾーン１２に沿って右に向かって流れ、次いで右側の接続通路１４を介して上側の流出ゾーン１１内に流れ、そこからさらに流出開口２２へと流れる。そしてこの流出開口２２において溶融物流Ｂが流出する。

図４には待機位置が示されている。この場合流入ゾーン１２には溶融物が流入開口２３から中央において流れ、これにより溶融物流は均一に左右の経路に分配される。流出ゾーン１１は、この流出ゾーン１１がその縁部においてちょうどなお流出開口２１，２２をそれぞれ覆うように、位置決めされている。これによって少なくとも空気は妨げられることなく逃げることができる。空気とは異なり粘性媒体に対しては、この移行箇所において流れは強く妨げられ、その結果切換え弁１００の前には堰き止め圧が形成され、この堰き止め圧は、後置されたシステムへの溶融物の流れを促進する。

図５に示された弁タペット１０′では、接続通路１３′，１４′は半径方向孔として形成されている。そして接続通路１３′，１４′の端部の間にはそれぞれ流入ゾーン１２′と流出ゾーン１１′とが延びている。

図６は流出ゾーン１１′の縁部領域を示す図である。この流出ゾーン１１′の縁部領域には端部側に矢印形の溝１１.１′，１１.２′が成形されており、これらの溝１１.１′，１１.２′は横断面及び縦断面で見て三角形であり、つまりほぼ船首の形をしている。流出開口同士の間隔及び弁孔における流出開口の横断面は、図４に示されたような弁タペットの待機位置において単に矢印形の溝１１.１′，１１.２′だけが流出開口２１，２２に進入するように、選択されている。これによって、高粘性媒体の流出側の容積流を強く減じる極めて小さな開口が得られる。そして流速は著しく減じられ、後置された構成グループが溶融物によってゆっくりと満たされるか又は、本発明による切換え弁を通る極めて僅かな貫流が維持されるようになり、これによって例えば製造休止時において、弁内における溶融物の極めて長い滞在時間を回避することができる。

Claims (9)

1. 高粘性媒体用の切換え弁（１００）であって、少なくとも１つの流入開口（２３）と少なくとも２つの流出開口（２１，２２）とを備えたハウジング（１０）が少なくとも設けられていて、流入開口（２３）及び流出開口（２１，２２）は共に弁孔に開口しており、該弁孔には弁タペット（１０；１０′）が支承されていて、該弁タペット（１０；１０′）は少なくとも１つの切欠きを有していて、該切欠きを介して流入開口（２３）は選択的に、流出開口（２１，２２）のうちの１つと接続される形式のものにおいて、
   弁タペット（１０；１０′）は弁孔内において軸方向移動可能に配置されていて、軸方向に延びる溝形の流入ゾーン（１２）と軸方向に延びる溝形の流出ゾーン（１１；１１′）とを有しており、流入ゾーン（１２）はハウジング（２０）における流入開口（２３）と接続され、流出ゾーン（１１；１１′）はハウジング（２０）における流出開口（２１，２２）のうちの少なくとも１つと接続されるようになっており、流入ゾーン（１２，１２′）と流出ゾーン（１１，１１′）とはそれぞれ両端部において接続通路（１３，１４；１３′，１４′）を介して互いに接続されていて、流入ゾーン（１２，１２′）と流出ゾーン（１１，１１′）と接続通路（１３，１４；１３′，１４′）とは無端のリング通路を形成していることを特徴とする、高粘性媒体用の切換え弁。
2. 軸方向に延びる流入ゾーン（１２，１２′）と流出ゾーン（１１，１１′）及び接続通路（１３，１４；１３′，１４′）はそれぞれ対を成して等しく形成されている、請求項１記載の切換え弁。
3. リング通路は、流入開口（２３）と流出開口（２１，２２）のうちの１つとの間においてそれぞれ１つの接続部が生ぜしめられる作業位置において、流入開口（２３）と各流出開口（２１，２２）との間に液圧的に等しい２つの流路が形成されるように、形成されている、請求項１又は２記載の切換え弁。
4. 接続通路（１３′，１４′）は半径方向孔である、請求項１から３までのいずれか１項記載の切換え弁。
5. 接続通路（１３，１４）は円弧形の溝として形成されていて、弁タペット（１０）の外周面においてそれぞれ流入ゾーン（１２）の一端から流出ゾーン（１１）の一端に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の切換え弁。
6. 軸方向に延びる流入ゾーン（１２，１２′）と流出ゾーン（１１，１１′）とは、弁タペット（１０；１０′）の外周面において直径方向で互いに向かい合って位置している、請求項１から５までのいずれ１項記載の切換え弁。
7. 流出ゾーン（１１；１１′）は、隣接した流出開口（２１，２２）を互いに隔てている、弁孔の内壁区分よりも長く形成されている、請求項１から６までのいずれ１項記載の切換え弁。
8. 弁タペット（１０；１０′）の軸方向における移動距離は、流入ゾーン（１２；１２′）の長さから流入開口（２３）の直径を差し引いた長さに相当している、請求項１から７までのいずれ１項記載の切換え弁。
9. 流出開口（２１，２２）の外側の制限縁の間隔は、前記移動距離に流出ゾーン（１１；１１′）の長さを加算した値に相当している、請求項８記載の切換え弁。

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