CH699240B1 - Dosierventil. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil (1) mit einer in einem Gehäuse (2) durch einen Antrieb mindestens in Öffnungsrichtung bewegbaren Ventilnadel (5), deren eines Ende als Dichtkegel (6) ausgebildet ist, das gegenüber einer Dichtfläche (7) des Gehäuses (2) bewegbar ist, wodurch der Stofffluss zwischen einem Materialeinlass (3) und einem Materialauslass (4) ein- und ausschaltbar ist. Erfindungsgemäss ist die Ventilnadel (5) durch ein oberes Führungsstück (9) und ein unteres Führungsstück (10) geführt und mit einem Kolben (8) starr verbunden, wobei der Kolben (8) durch den Antrieb bewegbar ist, dass der Kolben (8) durch eine Druckfeder (13) in der Schliessstellung des Dosierventils (1) gehalten ist, wenn der Antrieb nicht gesteuert wird. Die genannten Teile des Dosierventils (1) sind so dimensioniert, dass pro Öffnungszyklus ein Volumen von grössenordnungsmässig 1 mm 3 förderbar ist.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Dosierventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

[0002] Dosierventile werden angewendet, wenn es darum geht, eine bestimmte Menge bzw. einen bestimmten Fluss eines flüssigen Materials einem Zielobjekt zuzuführen.

[0003] In DE 20 2007 009 519 U1 ist eine Vorrichtung zum Befüllen von Spritzenzylindern beschrieben. Hier geht es darum, zwei verschiedene Materialien in zwei Kammern eines Spritzenzylinders einzufüllen, wobei ein bestimmtes Verhältnis der beiden Materialien einzuhalten ist. Die Steuerung des Flusses der beiden Materialien geschieht durch Einlassventile, die Dosierventile sind. Die Vorratsbehälter der beiden Materialien stehen unter Druck, so dass es zur Förderung der Materialien keiner das Material selbst fördernden Pumpe bedarf.

[0004] Aus WO 96/26 057 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Förderung der Materialien mit Hilfe von Kolben-Zylinder-Anordnungen geschieht.

[0005] Bekannt ist aus EP 1 331 072 A1 auch eine Vorrichtung, die das Material mittels einer Schöpfkolbenpumpe fördert.

[0006] Alle diese Vorrichtungen fördern relativ grosse Stoffmengen pro Hub bzw. pro Zeiteinheit. So ist in WO 96/26 057 A1 erwähnt, dass das Verdrängungsvolumen 0,1 bis 4 Liter beträgt.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dosierventil zu schaffen, das sehr kleine Stoffmengen pro Öffnungszyklus zu fördern in der Lage ist und dabei sehr einfach aufgebaut ist und kleine Dimensionen hat. Es geht dabei um Stoffmengen in der Grössenordnung von 1 mm<3> bzw. um Stoffflüsse von wenigen mm<3> pro Minute.

[0008] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0009] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0010] Die einzige Figur zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Dosierventil.

[0011] Ein Dosierventil 1 besitzt ein Gehäuse 2 mit einem Materialeinlass 3 und einem Materialauslass 4. Die Verbindung zwischen dem Materialeinlass 3 und dem Materialauslass 4 ist durch eine Ventilnadel 5 dadurch verschliessbar, dass die Ventilnadel 5 am hier unten dargestellten Ende einen Dichtkegel 6 aufweist, der dann gegen eine im Gehäuse 2 eingearbeitete Dichtfläche 7 drückt, wenn die Ventilnadel 5 aus der gezeigten Stellung nach unten verschoben ist.

[0012] Die Ventilnadel 5 ist am oberen Ende mit einem Kolben 8 verbunden und durch ein oberes Führungsstück 9 und ein unteres Führungsstück 10 geführt. Die Ventilnadel 5 ist dabei in eine Bohrung des Kolbens 8 eingepresst. Der Kolben 8 ist dadurch bewegbar, dass auf ihn einerseits der Druck in einer Aufsteuerkammer 11 und andererseits der Druck in einer Zusteuerkammer 12 einwirkt. Ist der Druck in der Zusteuerkammer 12 grösser als der Druck in der Aufsteuerkammer 11, so wird die Einheit aus Kolben 8 und Ventilnadel 5 nach unten bewegt, so dass der Dichtkegel 6 an der Dichtfläche 7 anliegt und dadurch das Dosierventil 1 geschlossen ist. Ist der Druck in der Zusteuerkammer 12 kleiner als der Druck in der Aufsteuerkammer 11, so wird die Einheit aus Kolben 8 und Ventilnadel 5 nach oben bewegt, so dass der Dichtkegel 6 von der Dichtfläche 7 entfernt ist und dadurch das Dosierventil 1 geöffnet ist. Das Material kann somit vom Materialeinlass 3 zum Materialauslass 4 strömen. Ermöglicht wird das dadurch, dass ein an den Materialeinlass 3 anschliessbarer Vorratsbehälter unter Druck steht. Dieser Druck beträgt beispielsweise etwa 1 bar.

[0013] Eine Verbindung der Aufsteuerkammer 11 zu einem Anschluss am Gehäuse 2 ist mit gestrichelten Linien eingezeichnet.

[0014] Zur Steuerung des Dosierventils 1 ist in bekannter Weise eine pneumatische Steuerung vorhanden, die mit einem Druck von beispielsweise 5 bis 8 bar arbeitet.

[0015] An sich kann das Dosierventil 1 auch so beschaffen sein, dass der Antrieb des Kolbens 8 und der Ventilnadel 5 elektromagnetisch erfolgt. Entsprechende Antriebe sind bekannt. Bei einem sehr schnellen Wechsel von Einschaltung und Abschaltung der Erregung des Antriebs wird ein solcher Antrieb aber stark erwärmt. Die entstehende Wärme kann sich auf das Gehäuse 2 übertragen, und das führt dann dazu, dass sich auch das zu fördernde Material erwärmt. Bei dem zu fördernden Material kann es sich nun um höher viskose Klebstoffe, um Schmierstoffe und ähnlich Materialien handeln, deren Viskosität eine deutliche Abhängigkeit von der Temperatur aufweist. Bei einem Dosierventil 1 der beschriebenen Bauart hängt die Menge des bei einem Öffnungszyklus durchtretenden Materials von verschiedenen Faktoren ab. Eine Rolle spielen die Dauer eines Öffnungszyklus, der freie Querschnitt zwischen Dichtkegel 6 und Dichtfläche 7 im geöffneten Zustand und der Druck, unter dem das zu fördernde Material steht, und eben auch die Viskosität des zu fördernden Materials. Wenn pro Öffnungszyklus nur etwa 1 mm<3> Material gefördert werden soll, dann ergibt sich daraus, dass die Bauteile des Dosierventils 1 recht klein sind. Der Hub des Kolbens 8 und der Ventilnadel 5 beträgt nur einen Bruchteil eines Millimeters. Ein erfindungsgemässes Dosierventil 1 hat deshalb auch nur ein Volumen von 2 bis 4 cm<3>.

[0016] Es ist vorteilhaft, wenn der Winkel zwischen der Kegelmantelfläche des Dichtkegels 6 und der Achse der Ventilnadel 5 kleiner als etwa 40 Grad ist. Daraus folgt in der «Offen»-Stellung des Dosierventils beim gegebenen Hub des Kolbens 8 ein engerer Spalt zwischen Dichtkegel 6 und Dichtfläche 7, so dass die Menge des während einer «Offen»-Periode durch das Dosierventil 1 hindurchtretenden Materials klein ist. Je kleiner der Winkel ist, desto enger der Spalt und desto weniger Material tritt hindurch.

[0017] Durch fortlaufenden Wechsel zwischen der «Offen»-Stellung und der «geschlossen»-Stellung lässt sich ein quasistetiger Materialstrom erzeugen. Je länger der zeitliche Abstand zwischen zwei «Offen»-Perioden, desto kleiner der Materialstrom. Durch die Variation des Verhältnisses der «Offen»-Zeitdauer zur «Geschlossen»-Zeitdauer lässt sich der quasistetige Materialstrom variieren und so an die Erfordernisse anpassen.

[0018] In der Aufsteuerkammer 12 ist eine Druckfeder 13 gezeigt. Diese dient dazu, das Dosierventil 1 in der geschlossenen Stellung zu halten, wenn das Dosierventil 1 nicht mit Druckluft angesteuert ist.

[0019] Möglich ist auch, die Druckfeder 13 als Antrieb zum Schliessen des Dosierventils 1 zu benutzen. Dann ist die Beaufschlagung der Zusteuerkammer 12 mit Druckluft gar nicht nötig und somit die Zusteuerkammer 12 gar nicht nötig. Ist die Aufsteuerkammer 11 mit Druckluft beaufschlagt, so befindet sich das Dosierventil 1 in der Stellung «Offen». Ist die Aufsteuerkammer 11 nicht mit Druckluft beaufschlagt, so geht das Dosierventil 1 unter der Wirkung der Druckfeder 13 in die Stellung «Geschlossen».

[0020] Die Bohrungen in den Führungsstücken 9 und 10, in denen die Ventilnadel 5 geführt wird, und die Ventilnadel 5 sind vorteilhaft so dimensioniert und toleriert, dass sich ein sehr enger Sitz ergibt. So ist der Spalt zwischen dem Aussendurchmesser der Ventilnadel 5 und der Bohrung im Führungsstück 10 so klein, dass das im Gesamtraum von Materialeinlass 3 und Materialauslass 4 befindliche Material in diesen Spalt nicht eindringen kann. Hat das zu fördernde Material jedoch eine geringe Oberflächenspannung, so wäre ein solches Eindringen gleichwohl möglich. Dann ist es vorteilhaft, dass dem unteren Führungsstück 10 noch ein O-Ring 14 zugeordnet ist. Ein O-Ring 14 kann auch dem oberen Führungsstück 9 zugeordnet sein.

[0021] Sollte trotzdem Material durch die Passung am O-Ring 14 des unteren Führungsstückes 10 hindurchtreten können, so ist es vorteilhaft, dass das Gehäuse 2 zwischen dem oberen Führungsstück 9 und dem unteren Führungsstück 10 eine Aussparung 15 aufweist, die den mittleren Teil der Ventilnadel 5 umschliesst. Sollte das zu fördernde Material so beschaffen sein, dass es durch das untere Führungsstück 10 und den zugeordneten O-Ring 14 durchtreten kann, so gelangt das hindurchtretende Material in diese Aussparung 15 und kann von dort in geeigneter Weise abgeführt werden. Auf diese Weise wird auf jeden Fall verhindert, dass das hindurchtretende Material bis zum oberen Führungsstück 9 gelangt und von dort in den Aufsteuerraum 11, was nämlich bedeuten könnte, dass sich der Kolben 8 nicht mehr bewegen könnte, so dass das Dosierventil 1 nicht mehr funktionsfähig wäre.

[0022] Um den Verbrauch an Druckluft zu vermindern, ist es vorteilhaft, wenn der Kolben 8 gegen die Bohrung im Gehäuse 2 mit einem O-Ring 16 abgedichtet ist. Damit wird verhindert, dass Druckluft zwischen dem Aufsteuerraum 11 und dem Zusteuerraum 12 strömt.

[0023] Das beschriebene Dosierventil 1 ist in der Lage, sehr kleine Materialmengen bzw. Stoffflüsse zu fördern. Es kann so klein gebaut sein, dass es sich in Fabrikationsanlagen für kleinere Bestandteile bzw. Apparate einbauen lässt. So kann beispielsweise Klebstoff in kleinen Mengen auf kleinen Bestandteilen appliziert werden, um die Bestandteile anschliessend mit anderen Bestandteilen zusammenzufügen.

Claims (6)

1. Dosierventil (1) mit einer in einem Gehäuse (2) durch einen Antrieb mindestens in Öffnungsrichtung bewegbaren Ventilnadel (5), deren eines Ende als Dichtkegel (6) ausgebildet ist, das gegenüber einer Dichtfläche (7) des Gehäuses (2) bewegbar ist, wodurch der Stofffluss zwischen einem Materialeinlass (3) und einem Materialauslass (4) ein- und ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (5) durch ein oberes Führungsstück (9) und ein unteres Führungsstück (10) geführt ist, dass die Ventilnadel (5) mit einem Kolben (8) starr verbunden ist, dass der Kolben (8) durch den Antrieb bewegbar ist, dass der Kolben (8) durch eine Druckfeder (13) in der Schliessstellung des Dosierventils (1) gehalten ist, wenn der Antrieb nicht gesteuert wird, und dass die genannten Teile des Dosierventils (1) so dimensioniert sind, dass pro Öffnungszyklus ein Volumen von grössenordnungsmässig 1 mm<3>förderbar ist.

2. Dosierventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Dosierventils (1) pneumatisch betätigbar ist, indem im Gehäuse (2) eine Aufsteuerkammer (11) angeordnet ist, durch deren Beaufschlagung mit Druckluft der Kolben (8) gegen die Kraft der Druckfeder (13) so bewegbar ist, dass der Dichtkegel (6) von der Dichtfläche (7) abhebt und den Materialfluss durch das Dosierventil (1) freigibt.

3. Dosierventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) eine Zusteuerkammer (12) angeordnet ist, durch deren Beaufschlagung mit Druckluft der Kolben (8) so bewegbar ist, dass der Dichtkegel (6) gegen die Dichtfläche (7) gedrückt wird und so den Materialfluss durch das Dosierventil (1) unterbindet.

4. Dosierventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Führungsstücken (9, 10) jeweils ein O-Ring (14) zugeordnet ist.

5. Dosierventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) zwischen dem oberen Führungsstück (9) und dem unteren Führungsstück (10) eine Aussparung (15) angeordnet ist, die den mittleren Teil der Ventilnadel (5) umschliesst.

6. Dosierventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Kegelmantelfläche des Dichtkegels (6) und der Achse der Ventilnadel (5) kleiner als 40 Grad ist.