專利名稱：真空涂料噴射器的出口止回閥的制作方法
這是1995年1月9日遞交的專利申請系列號為08/370159的部分繼續申請。發明背景本發明涉及真空涂料噴射器，特別涉及涂料噴射器中能提供高涂料噴射流量的裝置。
在典型的真空涂料噴射器中，活塞驅動的膜將涂料從供給線上通過止回閥吸入涂料保存室或膜室中。在活塞反向時，膜室中的涂料加壓。噴槍具有一個板機，當它被壓下時，打開閥門，使膜室中加壓涂料得以流過出口止回閥和噴槍的噴嘴，從而使涂料在孔出口處進行霧化，以噴涂在需涂敷的表面上。
真空涂料噴射器通常包括插入在涂料罐中的吸入管，涂料通過它輸送至膜室中。吸入管中的吸入是由可變形膜產生的，其周邊是固定的。該膜的中心部分由例如活塞驅動液壓系統在凹入和凸起位形之間振動，從而將涂料向著薄膜引入，并因而迫使它向外流向噴槍。
在另一方面，旋轉偏心凸輪驅動一個軸承，它又驅動一個活塞。此活塞和膜相連接，凸輪的旋轉驅動活塞，從而使膜在凹入和凸起位形之間移動。涂料從貯罐通過吸入管和入口閥向著膜吸入，并進入膜室，以便通過出口止回閥排出至噴槍中。
盡管過去已作了努力，但采用這種涂料噴射系統碰到了，例如，變化無常的結果和不可解釋的、有害的變化。例如，一個系統可能對一種涂料應用不良，未能將其充分霧化，并將其“濺射”在表面上，但在另一個時刻或在另一個場所可高效地使用同一種涂料。這些類型問題的一些解決方案已在于1995年1月9日遞交的美國專利系列號08/370159和于1995年1月9日存檔的美國專利系列號08/370377這兩個相關申請中得到了確認，每個專利都屬于本發明的受讓人，并通過參考而將它們明顯地包含于此。這些申請的發明解決了不良涂料噴射器性能的某些問題。
在真空涂料噴射器中通常發現的其它問題包括變化無常的噴射，例如第一類涂料的低效噴射，但第二類涂料的高效噴射。已經提出了這類問題的若干可能原因，例如缺乏穩定的起動、涂料填塞、過濾器阻塞、涂料粘度變化造成流量變化、濕度變化等。特別在噴射高粘性的涂料時，即使過濾器是清潔的，涂料的流動路線是非阻塞的，也會發生涂料通過噴射器的流量減低的情況。涂料的粘度通常位于從約3.8×10-4英尺2/秒至約1.5×10-2英尺2/秒的范圍內。水的粘度則還要小，約為1.07×10-5英尺2/秒。申請系列號08/370159和08/370377中的發明改進了真空涂料噴射器的性能，但是，高粘性涂料和流體與低粘性涂料和流體相比，其流量的變化使性能不能均衡。例如，粘性較高的涂料的流量要比粘性較低的涂料流體的流量要低約25％。
因此，一種真空涂料系統的有效、穩定的應用往往成為一件依賴于流量的事，而流量則與系統中使用的具體涂料或流體的粘度有關。
因而，顯然需要有一種真空涂料噴射器，在噴射期間，它不會由于被泵送流體的粘度變化而呈現顯著的流量變化或壓力損失，能可靠、高效和有效地噴射包括粘度在內的參數變化范圍很寬的各種類型的涂料，而沒有上面發現的問題和變化無常。
雖然低粘度涂料和流體比較容易處理，并能以要求的流量穩定地泵送，但對粘度較高的流體采用相同的閥門調節和泵送結構，由于流體的粘性較高而會陷于麻煩。能很好處理粘度較低流體的同一種泵和閥門結構不能很好地處理在所有噴射涂料的預期粘度范圍內的粘度較高的流體。
這樣，本發明的一個目的是提出一種改進型的真空涂料噴射器，它對所有可能粘度的涂料都能產生穩定的噴射。
本發明的另一目的是提出一種改進型的真空涂料噴射器，在噴射時，它具有穩定的高流量而不會損失壓力。
本發明的再一目的是提出這樣的一種涂料噴射器，在噴射時，它能高效和有效地使用各種類型的涂料，不損失流量或壓力，而與涂料粘性的正常預期變化無關。
本發明的又另一目的是提出這樣一種涂料噴射器，它能處理各種涂料和流體的粘性，以要求的均勻的形式，均衡地霧化和噴射涂料。
發明內容
為這些目的，本發明的一個最佳實施例計劃在能對粘性變化范圍很大的流體產生穩定的輸出流量的涂料噴射器泵的出口側使用一個改進型的出口止回閥。在本發明的另一最佳實施例中，在來自膜側的涂料的出口使用一個雙彈簧出口止回閥。此出口止回閥能在粘性流體下快速開、關，而在別的情況粘性流體可能會阻礙閥的快速運行。
發明在一個方面提出，由出口止回閥負責對變化無常的涂料噴射性能和粘性較高流體的降低的流量進行響應。因為本發明提出，此問題的產生是由于系統沒有能力對粘性變化范圍很大的涂料提供適當的，用以起動和停止涂料從泵至噴射裝置的噴嘴或噴槍的流動的響應。
通常，涂料從涂料容器吸入，經過吸入管進入泵送室。泵送室包含一個膜，它在室內產生壓降以便吸入涂料，而這是通過其偏心驅動或活塞驅動的液壓驅動進行的。一旦涂料吸入室中，當出口止回閥被驅向打開位形時，涂料被泵送通過出口止回閥。涂料通過打開的閥流向噴嘴以進行噴射。膜的特征是周期性；通過每一吸入和加壓周期，膜被穩定地加速和減速。
例如，膜移動以擴大室，將涂料從供給管吸取進入室中。此后，膜被加速進入室中以打開出口止回閥，將其中的涂料通過打開的出口止回閥而泵出。一旦此行程結束，膜在相反方向加速，關閉出口閥，打開入口止回閥以便從管中吸取涂料。這就是膜的周期性運行。當吸入室中的涂料被全部、高效地從室中通過出口止回閥泵出時，通過系統的涂料流量是最大的，這樣，在下一個周期，膜能從泵的進口側再吸入涂料，從而避免處理或泵送在前一個周期中遺留于室中，沒有通過口止回閥的涂料。
在此發明之前，由于出口止回閥的不良性能，只有約75％的最大潛在涂料流量通過涂料噴射器。例如，一臺能在峰值流量約1/2加侖/分下運行的涂料噴射器泵在處理粘性較大的涂料時只能在約0.9加侖/分下運行。已經發現假如出口止回閥的響應時間得到改進，使涂料得以高效地從入口吸入管，通過膜室流向噴嘴，于是高粘性流體的體積流量就能增加。
過去，在其出口閥是對粘性較小的流體進行優化的泵中，處理高粘性的涂料時，出口止回閥的響應時間下降至最低可接受水平之下。閥的響應時間是閥從打開位形回復至關閉位置所需的時間，反之亦然。在處理粘性較高涂料時，閥的響應時間下降簡單地是因為在粘性高的介質中它不能快速地移動關閉。增加閥的響應時間的一個方法是增加回復彈簧的預載或彈簧比率。但是，增加彈簧預載或比率會對泵的真空和起動運行起副作用，因為它也會降低系統的性能。
在真空涂料噴射器的一個實施例中，膜由偏心轉動凸輪進行驅動。膜的運動和加速是周期性的，并與偏心凸輪有關。在泵送操作的開始，由于涂料開始被膜吸入至膜室中，膜的加速很小。在周期的這一部分，在出口止回閥上的彈簧預載不應太高，不然地阻礙止回閥的打開。在周期的涂料吸入或吸取部分，膜的加速增大。一旦吸入完成，膜在反方向緩慢加速以便將涂料從室中泵出。在周期的泵送部分，膜的加速增大直至涂料從室中排出。出口止回閥必須快速關閉以阻止已被泵送的涂料通過出口止回閥返回至室中。在高粘性流體中，已知的出口止回閥的響應是滯后的。最好有較高的彈簧預載以關閉閥門。然后，周期通過再一次將涂料吸入室中而進行自身的重復。
但是，具有足夠高的彈簧比率以適應粘性較高的涂料的阻力，并提供足夠快的回復以便按要求關閉閥的彈簧卻對泵送周期開始時閥的起始打開起著負面影響。閥在關閉位置的彈簧預載不能單純地增大以避免對系統的性能起不良影響。
本發明的出口止回閥包含雙個彈簧，它們結合在一起為一個粘性范圍內的涂料提供閥的足夠響應時間以保持系統性能，且不會增大零件的磨損或損害系統的起動。本最佳實施例的出口止回閥彈簧組合件包括具有約為35磅力/英寸(每寸的磅力)的高彈簧比率的第一彈簧，和具有約為1磅力/英寸的彈簧比率低得多的第二彈簧。第二彈簧與出口止回閥總是嚙合，以保持系統的起動性能，因為它的彈簧比率很低。第一彈簧則在閥關閉時是脫離嚙合的。當閥被打開時，第一彈簧嚙合，且它能提供足夠的彈簧比率以對閥產生快速響應時間。結果雙彈簧的出口止回閥不改變系統的起動運行，但能在粘性較高的流體中提供一個用于關閉閥的響應時間，以排空膜室，避免對部分涂料進行重新泵送，并從而增加噴射器的流量。
第一彈簧由于其高的彈簧比率，從而可能有一個增大的閥門響應時間。在起動操作和每一泵送周期的起始部分，由于第二彈簧維持低的予載，得以使出口閥能在要求的點上起始打開。在起動或起始泵送周期運行期間第一彈簧不提供預載，但在膜被加速以進行泵送的正常運行期間，第一彈簧對閥提供大部分負載，如果不是全部的話。本發明的出口止回閥的雙彈簧結構能避免室中涂料的重新泵送，以及那些與為使通過出口止回閥有較大流量而在真空噴射器中產生的相關聯的問題。雙彈簧促進流量增大，但沒有損失系統起動性能的缺陷。
附圖概述該發明的目的和特點將由下述結合附圖的詳細說明中變得更為清晰，其中
圖1是根據該發明本最佳實施例提出的一種真空涂料噴射器的立體圖；圖2是沿圖1的2-2線的局部剖視圖，表示根據該發明本最佳實施例提出的一種真空涂料噴射器；圖3A是圖1的3A區域的放大剖視圖，表示出口止回閥處于關閉位形；圖3B是與圖3A相似的視圖，其中出口止回閥處于打開位形。
發明的詳細說明如圖1所示，真空涂料噴射器10包括一部輕便手推車12，它由安裝在轉動軸16上的輪子14支承在地面上。手推車12包括一個支承泵20和馬達22的框架18，它們把涂料從安裝在固定于框架18下部的通常為L形的支架26上的貯罐24或其它容器中吸進。緊握通常為U形的上把手28，并將組合件向后傾斜，涂料噴射器10能繞著移動，從而將支架26和支承于其上的涂料缸24向上抬高，以使噴射器10平衡在輪子14上。也可采用其它的結構物來裝載泵和馬達20，22及用一個涂料容器或涂料液體容器來支承它們。
在使用中，涂料從貯罐24通過一個通常為杯形的具有若干切口32的吸入口30的切口32吸入至吸入30中，吸入口30支承在貯罐24的底壁上。然后，涂料從貯缸24通過吸入口30吸入至吸入管34中。涂料通過吸入管34流入泵20中，以便加壓輸送至供給線36和噴槍38，然后，加壓涂料由此向著需涂敷表面的方向由噴槍38噴出。在所有圖及此處的說明中，涂料從貯罐24通過泵20至噴槍38的路線定義為涂料路線P。
安裝在吸入管34上端的是一個通常為T形的接頭40。此T形接頭40已公開于申請系列號08/370159的申請中，其內容已通過參考而包含于此。
接頭40通過管接頭44或現知的其它合適機構連接至一個入口閥組合件42(圖2)上。入口閥組合件42的一個本最佳實施例公開于申請系列號08/370377的申請中，其內容已通過參考而包含于此。入口閥42安裝在泵20的泵殼46上。如圖2所示，殼46被螺釘48或其機械緊固件固定至泵20上。閥42固定在安裝于殼46中管接頭44的一端中，包括一個長條形的閥桿52，它在入口止回閥42內軸向延伸，并具有一個固定在與其一端56相對的另一端上的盤狀閥頭54。入口止回閥42在打開和關閉位置之間移動，以使涂料在板機58或本領域一般技術人員熟知的適當機構的驅動下流入軟管36和噴槍38。
入口閥42位于膜室或泵送室60的附近，且與可變形膜62相隔一定間距而放置。膜62的周邊是固定的，因此膜62的中心部分能在凹下和凸起位形之間振動。當它如圖2所示那樣地被推向左方時，它將涂料通過管接頭44和打開的入口止回閥42吸向膜62。當它移向右方時，它對室60加壓，并將涂料通過一個具有止回閥66的出口64泵至噴射管36和噴槍38。可變形膜62具有一根固定至中央部分70的桿68。此桿68如在上述真空涂料噴射器中熟知的那樣，由活塞和偏心凸輪(未表示)進行間接驅動。出口閥66包括閥體67，它由咬合螺紋69螺紋固定至泵20上。閥體67具有一個O形環71和一個保護環73，以提供閥體67和20之間的密封交界面，從而涂料沿路徑P通過泵體67的出口75流至殼46的環形出口75a，再流入供給線36。
由圖3A可最好地看到，出口止回閥66被偏壓至關閉位置，其中閥球72與一個環形閥座74密封地接觸。閥座74并置至墊圈76上。出口止回閥66在圖3A和3B中相應為關閉和打開位置。在圖3B的打開位形中，閥球72與閥座74相隔一定間距。在打開和關閉兩個位形中，球72均被接觸地夾持在T形球夾持器78中。
閥66包括一對嵌套的螺旋壓緊彈簧80和82。按照此發明的本最佳實施例，閥66被螺旋壓緊彈簧82朝著關閉位置偏壓。彈簧80和82安裝在閥體67中插座84和球夾持器78的十字桿88之間。如圖3B所示，當閥66打開時，第一彈簧80的相對端線圈支撐在夾持器的十字桿88和插座84上。第二彈簧82的相對端線圈則在閥打開(圖3B)或關閉(圖3A)及其間的所有位置上支撐在十字桿88和插座84上。夾持器78的一根桿90通過彈簧80和82的中心而伸出。第二彈簧82是在部分預先加壓位形(圖3A)下裝入的，從而將夾持器78和球72推動至與閥座74密封接觸，將閥66偏壓進入關閉位形。
第二彈簧82嵌套在第一彈簧80之中，并套在桿90上，按照本發明，第一彈簧80最好不對關閉位形中閥66的預加載產生影響。在一個最佳實施例中，主彈簧80最好與十字桿78或插座84或與兩者偏離總值約為0.020英寸的距離，這樣，當閥66處于關閉位形時，它不受壓縮。結果，第一彈簧80不會影響系統的起動，因此出口閥66能容易地打開，然后，在膜62的更高加速期間，第一彈簧80被嚙合以便將閥66偏壓而關閉。
按照此發明的本最佳實施例，第一彈簧80具有較高的彈簧比率，而第二彈簧82具有相當低的彈簧比率。在此發明提出的一個真空涂料噴射器10的實施例中，第一彈簧80具有的比率約為35磅力/英寸，而第二彈簧82具有的比率為1磅力/英寸。第二彈簧82與插座84和十字桿78均保持嚙合，從而至少保持于部分壓縮位形。第二彈簧82的較低的彈簧比率使其在系統起動期間容易適應，并減少對閥磨損和出口止回閥66零件的尺寸變動的敏感性。在關閉位置第一彈簧80是不嚙合的，因此閥66的預加載不超過標準單個彈簧出口止回閥組合件的設計。結果，按照本發明的出口止回閥66可用于許多標準的真空涂料噴射器而無損于系統、真空或起動操作。
真空涂料噴射器10運行期間，可變形膜62運行以便將涂料在入口止回閥組合件42打開的情況下吸入至膜室60中。入口止回閥的具體操作在申請系列號08/370377的申請中已有說明。
在球72上的低預加載對于出口閥66是必須的，這便于在起動期間將空氣泵送通過系統，和抵銷閥零件的磨損。但是在運行期間要求在球72上有較高的負載，以便使載能快速關閉，阻止涂料從出口閥66至膜室60的泄漏或返流。此發明的出口閥66提供了要求的閥打開間隙，從而使涂料得以由此通過，并且即使在高粘性流體涂料時，也具有要求的閥門關閉響應時間。第一彈簧80調節球72和夾持器78的最大行程，是流體粘度的函數。與水的約為1.07×10-5英尺2/秒的粘度相比，涂料的典型粘度處于從約3.8×10-4英尺2/秒至約為1.5×10-2英尺2/的范圍。
具體講，對于一臺峰值流量為1.2克/分的泵而言，具有此發明的出口閥和雙彈簧組合件時，對高粘性流體或涂料，能獲得的最高流量由約為0.9克/分升高至約1.2克/分。此增加的容許流量是由于出口止回閥而獲得的。然而，假如閥行程距離增加，閥的響應時間必須保持這樣，涂料噴射器10的操作性能才不會降低。此處使用的響應時間是指出口止回閥66在打開和關閉位置之間移動所消耗的時間。在根據本發明一個真空涂料噴射器10的最佳實施例中，出口止回閥66具有的響應最好應快于30赫。
按照本發明的雙彈簧出口止回閥66在關閉位形時對閥66保持較低的預加載，而在起動系統時，當閥處于打開位置上，則保持高得多的負載。在根據本發明一個真空涂料噴射器的最佳實施例中，球從打開至關閉位置，反之亦然，最優行程距離約為0.048英寸。此值將按照閥的尺寸、另件幾何形狀、最大彈簧比率及涂料噴射器的其它參數而改變。過大的行程距離由于不恰當的閥響應時間可能引起流量變低，而過小的行程距離可能造成閥66的過度節流，導至背壓產生。在一個最佳實施例中，在第一彈簧80嚙合之前，夾持器78和球72從關閉位置移動了約0.02英寸。
由于本發明提出的雙彈簧出口止回閥66，流體通過系統的流量能增加而不損害系統起動和性能。
雖然在此處展示和說明了雙彈簧出口止回閥組合件，但應看到，能僅僅只應用第一彈簧特性來提高粘性流體的流量而不影響噴射器10的起動或性能。例如，可用其它裝置或設備，諸如其它類型的彈簧、重力或液壓裝置、氣壓裝置或本領域普通技術人員熟知的類似裝置來替代第二彈簧。此外，本發明能與申請系列號08/370159和08/370377中所公開的發明結合使用，通過避免空蝕和流量減少等問題而比單獨使用這些發明而獲得更多的優點。
由本發明一般原理的上述公開和最佳實施例的前述詳細說明，本領域一般技術人員能輕易地理解到本發明許可的各種修改正。例如，發明在此處是參考一個膜式涂料噴射器實例進行展示和說明的，但很容易用于活塞泵式涂料噴射器或其它系統中。因此，只能由以下權利要求有及相當物的范圍對本發明進行限定。
權利要求
1.一種噴射器，用于噴射來自一個容器的、粘性變化的流體，包括一根吸入管，其第一端插入在容器內的流體中；一臺泵，它在運行時與所述吸入管的第二端連接；一臺出口止回閥，它在運行時與所述泵連接；和一個噴嘴，它在運行時與所述出口止回閥連接，從而在噴射器運行期間，所述泵從容器通過所述吸入管吸取流體，并通過所述出口止回閥將流體泵送至所述噴嘴以進行噴射；所述出口止回閥控制所述流體流向所述噴嘴的流量，并受到朝向關閉位置的偏壓，所述出口止回閥還包括第一彈簧，在打開位置時，第一彈簧嚙合所述出口止回閥以便對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓，所述出口止回閥向所述所述噴嘴提供足夠的流體流量，但不降低所述出口止回閥的響應時間，不對噴射器的起動運行產生有害的沖擊。
2.如權利要求1所述的噴射器，其中所述出口止回閥還包括第二彈簧，它在所述關閉位置嚙合所述出口止回閥，以便對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓。
3.如權利要求2所述的噴射器，其中所述第一彈簧的彈簧比率大于所述第二彈簧的彈簧比率。
4.如權利要求2所述的噴射器，其中所述第一和第二彈簧中的每一個均為螺旋壓緊彈簧。
5.如權利要求2所述的噴射器，其中所述第二彈簧嵌套在所述第一彈簧之內，且所述第一和第二彈簧具有共同的軸線。
6.如權利要求1所述的噴射器，其中當所述出口止回閥位于所述關閉位置時，所述第一彈簧不對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓。
7.如權利要求2所述的噴射器，其中所述第二彈簧在所述打開和關閉位置以及在所述打開和關閉位置之間的中間位置都嚙合所述出口止回閥。
8.如權利要求1所述的噴射器，其中還包括一種裝置，用于在所述出口止回閥處于所述關閉位置時，對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓。
9.如權利要求8所述的噴射器，其中所述第一彈簧在所述出口止回閥處于所述打開位置時，不是總對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓，而所述偏壓裝置則總對所述出口止回閥施加朝向所述關閉位置的偏壓。
10.一種真空涂料噴射器泵的出口，它具有一根從涂料源通過泵向噴射噴嘴供應涂料的吸入管，該出口包括閥，它受到朝向關閉位置的偏壓以防止涂料通過該出口而流動，當所述閥處于打開位置時，可允許涂料通過出口而流動；和第一彈簧，它在所述打開位置嚙合所述閥，并對所述閥施加朝向所述關閉位置的偏壓，在所述關閉位置時，所述閥提供足夠的由此通過的涂料流量，而不降低所述閥的響應時間，不對噴射器的起動運行產生有害的沖擊。
11.如權利要求10所述的出口，還包括第二彈簧，它在所述打開位置嚙合所述閥，并對所述閥施加朝向所述關閉位置的偏壓。
12.如權利要求11所述的出口，其中所述第一彈簧的彈簧比率大于所述第二彈簧的彈簧比率。
13.如權利要求11所述的出口，其中所述第一和第二彈簧中的每一個均為螺旋壓緊彈簧。
14.如權利要求11所述的出口，其中所述第二彈簧嵌套在所述第一彈簧之內，且所述第一和第二彈簧具有共同的軸線。
15.如權利要求10所述的出口，其中所述第一彈簧在所述關閉位置時不嚙合所述閥。
16.如權利要求11所述的出口，其中所述第二彈簧在所述打開和關閉位置以及其間的所有位置上嚙合所述閥。
17.一種真空噴射器，它具有一個泵室、一臺出口止回閥和一條在運行時連接在所述出口止回閥和噴射液體出口之間的噴射液體路線，其特征在于，該噴射器包括在所述出口止回閥上的一個彈簧組合件，用于在所述出口止回閥處于進行噴射液體的打開位形時能有足夠的噴射液體流量由此流過，并提供足夠的出口止回閥至所述打開位形和關閉位形及在所述打開位形和關閉位形之間的響應時間。
18.一種真空噴射器，它具有一個泵室、一臺出口止回閥和一條在運行時連接在所述出口止回閥和噴射液體出口之間的噴射液體路線，其特征在于，該噴射器包括在所述出口止回閥上的一個雙彈簧組合件，所述雙彈簧結合在一起給出至打開位形允許的足夠的行程，使所述液體通過其響應時間與所述雙彈簧組合件的響應時間可比較的單彈簧組合件有較小的響應可比較流量。
19.如權利要求18所述的噴射器，其中所述彈簧組之一在所述出口止回閥處于關閉位置時是不嚙合的。
全文摘要
一種真空涂料噴射器(10),它包括一臺出口止回閥組合件(66),該組合件(66)具有雙彈簧結構,得以使通過閥的流體流量增加,而不降低閥(66)的響應時間或系統的起動運作。彈簧之一(80)在閥(66)關閉時是不嚙合的,而另一彈簧(82)具有低得多的彈簧比率,并在閥(66)打開、關閉及其間的所有位置上都對閥(66)施加朝向關閉位形的偏壓。雙彈簧結構適應于對高粘性流體或涂料提供高的流體流量,對噴射器(10)的起動操作沒有有害的沖擊位形的偏壓。
文檔編號F16K15/02GK1179737SQ96192891
公開日1998年4月22日 申請日期1996年3月25日 優先權日1996年3月25日
發明者羅格·科納斯特 申請人:坎貝爾·豪斯費爾德/斯科特·費策爾公司