CN111750170A - 用于排出能够流动的介质的装置以及用于运行这种装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于排出能够流动的介质的装置。此外，本发明涉及一种用于运行这种装置的方法。装置具有带有内部空间的壳体和支承在壳体中的杆。此外，装置包括膜片，其中膜片将内部空间划分为第一空腔和第二空腔，其中膜片流体密封地将第一空腔与第二空腔分开，其中第一空腔用于容纳能够流动的介质。装置具有至少一个通入到第一空腔中的通道并且具有通入到空腔中的用于排出可流动的介质的排出开口，通过通道能使能够流动的介质流入到第一空腔中，其中杆具有密封区段，其中密封区段在第一端部位置中封闭排出开口并且在第二端部位置中与排出开口间隔开地布置。在第二空腔中布置有作用到膜片的压力介质。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于排出（Ausgeben）能够流动的介质的装置，其中，能够流动的介质优选为粘合剂，特别是热熔胶或热熔性粘合剂。此外，本发明涉及一种用于运行这种装置的方法。
背景技术
例如，用于排出能够流动的介质的装置被用于将能够流动的介质分批施加到基板上。在此，通常以受控的方式进行能够流动的介质的施加，其中，该装置具有用于排出能够流动的介质的排出开口，其中，该排出开口可以借助于可利用致动器运动的杆的密封区段来闭合和打开。就这方面而言，这种装置具有可封闭的阀。用于排出可流动的介质的装置也可以构造为压力调节阀、过压阀或节流部。在被构造为节流部时，那么在持续运行期间，排出开口保持持续打开。作为压力调节阀或者用于限制压力的过压阀的实施方案可以是安全元件，其中，在正常情况下排出开口是关闭的并且很少打开，以便实现限制压力的功能。
关于这种用于排出上述类型的能够流动的介质的装置，特别的问题在于，防止能够流动的介质到达致动器的区域中或到达用于杆的装置的支承区段的区域中。为了将致动器和/或支承区段相对于能够流动的介质、特别是相对于容纳能够流动的介质的空腔密封，使用密封件，其中，为了该目的，基本上已知两种不同类型的密封件。
一方面是所谓的“动态密封件”，其中，对于装置运行时的动态密封件而言，密封件或密封元件构造或布置在两个相对彼此运动的表面之间。这种类型的密封件的缺点是，在装置长时间运行时，动态密封件磨损并且由此密封件失去其密封作用，由此可能出现不期望的、可流动的介质侵入到致动器和/或支承区段的区域中。动态密封件的一个已知的缺点是，除了不可避免的磨损之外，缺少无泄漏性。这意味着，在杆的每一次双冲程（Doppelhub）中，特定量的能够流动的介质永久地通过密封区域。在此涉及非常小的量，其随着密封件的磨损的增加而变大。此外，动态密封件具有在较长时间停止后会附着的特性。在此，静止的可流动的介质可能会围绕密封件的滑动区域粘住并且阻碍滑动或者使滑动不可能。在使用这种用于排出可流动的介质的装置作为安全元件、例如作为过压阀时，这可能导致阀的故障并且因此不能确保安全功能。
此外，从现有技术中已知所谓的“静态密封件”，特别是呈波纹管密封件（Balgdichtung）的形式的密封件。与动态密封件相反，对于波纹管密封件而言，不在两个彼此相对运动的面之间进行密封，而是波纹管密封件利用第一区段与杆静态地连接并且利用第二区段与装置的另一元件静态地连接，其中，杆相对于装置的第二元件运动。典型地，第二元件是指壳体的部分区域。对于静态密封件而言，杆相对于装置的元件的运动通过密封件沿轴向方向的变形、具体而言通过拉伸或伸展或压缩来予以吸收。
例如由DE 10 2015 000 630 B3 公知一种用于排出可流动的介质的装置，该装置具有呈波纹管密封件的形式的静态密封件。
从WO 2009/019036 A1中已知一种具有呈膜片形式的静态密封件的装置，该装置涉及一种针阀组件，该针阀组件用于控制能够流动的介质，特别是涂覆设备中的漆料材料。针阀组件包括针密封件和密封膜片，该密封膜片与阀针固定地连接并且可与其一起运动。在上述文献中公开的针阀组件具有权利要求1的前序部分的特征。WO 2009/019036 A1公开了一种用于排出能够流动的介质的装置，该装置具有：
- 具有内部空间的壳体，
- 支承在所述壳体中的杆，所述杆能够借助于致动器沿轴向方向在第一端部位置和第二端部位置之间运动，反之亦然，
- 膜片，其中，所述杆贯穿所述膜片，其中，所述膜片在径向外部以密封的方式支承在所述壳体中并且在径向内部以密封的方式支承在所述杆中，其中，所述膜片将所述内部空间划分为第一空腔和第二空腔，其中，所述膜片将所述第一空腔与所述第二空腔以流体密封的方式分开，其中，所述第一空腔用于容纳所述能够流动的介质，
- 至少一个通入到第一空腔中的通道，可流动的介质能够通过所述通道流入到第一空腔中，
- 通入到所述空腔中的用于排出能够流动的介质的排出开口，其中，所述杆具有密封区段，其中，所述密封区段在第一端部位置封闭所述排出开口并且在第二端部位置与所述排出开口间隔开地布置。
在具有权利要求1的前序部分的特征的这种装置中，尤其在第一空腔中的能够流动的介质的高压下，例如在80巴至120巴范围中的压力下出现如下问题，即在装置运行时，尤其在装置长时间运行时，由于能够流动的介质对膜片的高压力负荷而可能导致膜片损坏。
发明内容
因此，本发明的任务是，这样改进具有权利要求1的前序部分的特征的装置，使得该装置即使在可流动的介质的高压下也能够实现该装置的可靠的长时间运行。此外，本发明的任务是，说明一种用于运行这样的装置的方法。
该任务通过具有权利要求1的特征的装置，此外通过具有权利要求14的特征的方法来解决。
为了解决上述任务，关于装置方面规定，在第二空腔中布置有作用到膜片上的压力介质（Druckmittel）。
通过压力介质到膜片上的作用至少实现对于膜片的压力负荷的部分补偿，因为在运行装置时膜片的压力负荷通过包含在第一空腔中的可流动的介质通过布置在第二空腔中的压力介质至少部分地得到补偿，由此降低膜片损坏或撕裂的危险以及膜片磨损。
在第二空腔中使用压力介质的另一优点在于，在第一空腔中包含的可流动的介质的压力变化时，不出现或基本上不出现第一空腔的体积变化。由此实现在排出开口打开和关闭时更精确的开关特性。此外，避免了压力振动的出现，如其通常在密封膜片中、尤其在高的开关频率时出现的那样，这有利地影响了精确地排出介质。在此，开关频率是指在所述装置运行时在所述杆的两个彼此相继的第一端部位置或者第二端部位置之间的倒数的时间间隔。
优选地，膜片如此设计，使得第二空腔的体积随着压力介质在杆的冲程中不改变。这首先在使用不可压缩的介质作为压力介质时是有利的。通过第二空腔的体积在杆的冲程中不随压力介质变化，得到的优点是，第一空腔的体积随可流动的介质在杆的冲程中也不变化。因此，杆的运动或阀的操纵在两个空腔的体积不发生干扰的变化的情况下进行。
此外，由于压力介质，使得由于与膜片相连的杆而作用到杆上所产生的力减小，由此有利于精确的开关过程。由于压力介质，在杆上产生的力很大程度上独立于能够流动的介质的所选择的压力。这对装置的开关特性有积极的影响。由此，能够实现在时间上精确地开关所述装置并且由此例如精确地施加可流动的介质。这种精度很大程度上与压力无关。
被视为特别有利的是，压力介质通过流体、尤其液体或凝胶来形成，或者压力介质具有流体、尤其液体或凝胶。
液体特别是硅油、异丙基萘、Ruetasolv®或油脂。
然而，流体也可以是气体，其中，优选在可流动的介质的最大10巴、尤其最大7巴的压力下应用气体。
优选地，液体为具有高粘度的液体，例如在50 Pas到100 Pas的范围内的粘度。由此实现足够大的阻尼，以便有利地影响振动特性。
也可以考虑，压力介质通过弹性体、尤其通过弹性体成型件形成或者具有弹性体或弹性体成型件。弹性体或弹性体成型件优选具有25至40肖氏A的硬度。
也完全可以考虑，压力介质由压垫（Druckkissen）构成，其中，压垫完全可以包含上述流体和/或上述弹性体中的一种或多种。
被视为特别有利的是，第二空腔以流体密封的方式得到密封，只要在装置运行期间没有流体可以流入到第二空腔中或者从第二空腔流出。
然而，完全可以考虑的是，装置具有通入到第二空腔中的入口，以用于输入或导出形成压力介质的流体。通过输入或导出流体可以调整作用到膜片上的压力。此外，通过输入或导出流体可以改变膜片在内部空间内的位置并且因此影响膜片的机械负荷。
优选地，膜片关于杆位置固定地与杆连接。
在此被视为特别有利的是，膜片形状锁合和/或力锁合地保持在杆中。
被视为特别有利的是，膜片以夹紧的方式保持在杆中。在此完全可以考虑，杆具有沿径向方向构成的凸起，并且膜片以夹紧的方式保持在该凸起和可与杆连接的夹紧元件之间。
夹紧元件特别是套筒。套筒完全可以这样构成，使得它可以旋拧到构造在杆上的螺纹上。
为了实现将膜片特别稳定且流体密封地夹紧在杆上，完全可以考虑的是，膜片在夹紧区域中具有隆起部。
优选地，膜片以夹紧的方式保持在壳体中。
被视为特别有利的是，膜片以夹紧的方式保持在壳体的限定第一空腔的壁部区段与壳体的限定第二空腔的壁部区段之间。
在一种有利的改进方案中规定，膜片在与壳体的夹紧区域中具有隆起部。
完全可以考虑的是，装置具有基体区段和支承在基体区段中的头部区段，其中头部区段具有排出开口。
通入到第一空腔中的通道优选构造在头部区段中。
优选地，膜片在径向外部以夹紧的方式支承在基体区段和头部区段之间。
在膜片的用于将第一空腔与第二空腔分开的区域中，膜片优选具有0.5 mm至1.25mm的厚度，尤其具有0.7 mm至0.8 mm的厚度。为了引起膜片的限定的变形，视作有利的是，膜片的厚度根据与杆的径向间距而变化。因此可以有利于，膜片的变形这样进行，使得空腔的体积在杆的冲程中不改变。
在装置的一种优选的改进方案中规定，在第二空腔中邻接于膜片布置阻隔介质（Sperrmedium）。借助于该阻隔介质可以防止不期望的物质穿过膜片从第二空腔扩散到第一空腔中，特别是当膜片对于这种物质而言是可穿透的时。不期望的物质例如可以是水或氧气。
阻隔介质可以是例如氮气、稀有气体、干燥空气或液体介质，像比如聚氨酯粘合剂清洁剂（PUR清洁剂）、凝胶、软化剂或油脂，特别是基于矿物油和膨润土（Betonit）的油脂。
优选地，阻隔介质完全覆盖膜片的邻接于空腔的区域。
关于阻隔介质完全可以考虑的是，阻隔介质形成压力介质。
被视为特别有利的是，至少一个通道的通入到第一空腔中的区段的中心轴线与膜片相交。能够流动的介质由此伴随流入到第一空腔中在膜片的机械负荷方面并且尤其也在避免第一空腔中的死区（Totraum）、即第一空腔的在其中不出现能够流动的介质的流入或流出或者说基本上不出现能够流动的介质的流入或流出的空间方面被证实为有利的。
优选地，膜片具有热塑性塑料，膜片尤其由热塑性塑料构成。
此外，热塑性塑料典型地具有较高的耐热性，从而具有热塑性塑料或者由热塑性塑料构成的膜片也能够经受住具有较高的温度、例如120℃以上、特别是185℃以上的温度、优选200℃以上的温度的可流动的介质，所述温度是热熔性粘合剂的典型的加工温度。120℃至185℃的范围是热熔性粘合剂的优选温度范围。能够流动的介质的温度可以处于0℃到220℃的范围内。优选地，温度处于20℃到200℃之间并且特别优选处于120℃到185℃之间。
热塑性塑料特别是MFA （全氟甲基烷氧基）、PFA （全氟烷氧基）、FEP （氟乙烯丙烯）、PTFE （聚四氟乙烯）、PEEK （聚醚醚酮）或者PI （聚酰亚胺）。
使用上述热塑性塑料之一相对于弹性体材料具有以下优点，即这些热塑性塑料相对于弹性体材料在化学上更稳定，特别是相对于芳香族碳氢化合物更稳定。此外，已经表明，与通常的弹性体材料相比，利用上述热塑性塑料中的一种可以建立更好的、特别是更紧密的力锁合和/或形状锁合的连接。除了上述热塑性塑料外，然而也可以考虑其它热塑性塑料，其相对于所使用的能够流动的介质具有足够高的化学耐受性。
被视为特别有利的是，膜片的材料、特别是热塑性塑料是形状弹性的并且体积无弹性的（volumeninelastisch）。
优选地，膜片是柔性的。
为了改善装置的开关特性，被视为特别有利的是，在杆的第一端部位置，膜片的布置在内部空间中的、邻接于壳体的区段和膜片的邻接于杆的区段布置在相同的平面中，其中，所述平面垂直于轴向方向构造。
优选地，膜片构造成旋转对称的。
被视为特别有利的是，膜片构造成盘状的或基本上盘状的。
优选地，膜片构造为扁平膜片、卷边膜片或卷绕膜片（Rollenmembran）。
在所述装置的一种优选的实施方式中规定，所述膜片具有至少一个径向环绕地包围所述杆的、沿轴向方向拱曲的区段，优选具有两个相反拱曲的区段。
具有拱形区段的膜片的设计具有这样的效果，即在杆从第一端部位置变换到第二端部位置时，以及反之时，在膜片上出现的力可以特别好地被吸收，由此减小膜片的机械负荷并因此提高膜片的使用寿命。
被视为特别有利的是，径向最外拱曲的区段朝向第二空腔的方向拱曲。膜片的这种设计方案尤其在可流动的介质径向外部流入到第一空腔中时是有利的，因为膜片的这种设计方案避免死区、即在其中不出现或几乎不出现可流动的介质的交换的区域的形成。
优选地，第一端部位置和第二端部位置之间的轴向间距在0.05 mm和1 mm之间。
在用于运行根据本发明的装置的根据本发明的方法中规定，在第一空腔中布置有可流动的介质，其中，可流动的介质以第一压力作用到膜片上，其中，布置在第二空腔中的压力介质以与第一压力相反的第二压力作用到膜片上，其中，第二压力的数值为第一压力的90%至110%。所述方法有利于，作用到膜片上的、产生的力相对于没有反向作用的压力介质的膜片减小，这有利地影响所述装置的使用寿命和所述装置的运行安全性。
关于该方法，认为特别有利的是，第一压力为最大100巴，优选为20巴至100巴，特别是50巴至100巴，优选为60巴至90巴，特别优选为70巴至80巴。
优选地，能够流动的介质的温度为180℃至220℃。
能够流动的介质特别是指热熔性粘合剂。
该装置优选地以0至150Hz的开关频率运行。
附图说明
在下面的附图中根据实施例示出本发明，但不限于此。
其中示出：
图1以平行于轴向方向的剖视图示出用于排出可流动的介质的装置的部分区域。
具体实施方式
图1示出了用于排出能够流动的介质、在当前情况下用于排出热熔性粘合剂的根据本发明的装置1。装置1具有头部区段12和基体区段13。在此，头部区段12装入到基体区段13中并且与基体区段13连接，优选与该基体区段在端侧拧紧。
头部区段12和基体区段13构成装置1的壳体的元件，其中，该壳体具有带有两个空腔2、3的内部空间。
装置1具有柔性的膜片7，其中，支承在壳体中的杆5贯穿膜片7，并且其中，膜片7在径向外部以密封的方式支承在壳体中，在当前情况下以夹紧的方式保持在头部区段12和基体区段13之间，并且在径向内部以密封的方式支承在杆5中，在当前情况下以夹紧的方式保持在杆5中。膜片7关于杆5位置固定地与杆5连接，其中，膜片7在当前情况下以夹紧的方式保持在杆5的径向凸起16和与杆5连接的套筒14之间。在该夹紧部的区域中，膜片7具有隆起部17。在其径向外部的区域中，膜片7也具有隆起部18，该径向外部的区域以夹紧的方式支承在头部区段12和基体区段13之间。
膜片7如此布置在内部空间中，使得该膜片将该内部空间划分为关于延伸穿过杆5的轴线旋转对称的第一空腔2和关于延伸穿过杆5的轴线旋转对称的第二空腔3，其中，膜片7流体密封地将第一空腔2与第二空腔3分开。
第一空腔2用于容纳能够流动的介质，其中装置1，在当前情况下是头部区段12，具有通入到第一空腔2中的通道11，能够流动的介质能够通过该通道流入到第一空腔2中。
通道11成角度地构成，其中通道11的通入到第一空腔2中的区段的中心轴线15与膜片7相交。由此，流入的可流动的介质在第二空腔3的方向上流入到第一空腔2中。
此外，装置1的头部区段12具有通入到第一空腔2中的用于排出可流动的介质的排出开口4。
为了封闭排出开口4，杆5具有密封区段6。杆5借助于未示出的致动器沿轴向方向Z能够在第一端部位置和第二端部位置之间运动，反之亦然，其中，密封区段6在第一端部位置封闭排出开口4并且在第二端部位置与排出开口4间隔开地布置。图1在左半部示出了第一端部位置并且在右半部示出了第二端部位置。
冲程位移H，即杆5的第一端部位置和第二端部位置之间的轴向间距优选处于0.05mm至1 mm的范围内。
致动器例如可以是气动缸、机电驱动装置或电气动驱动装置。
在第二空腔3中布置有作用到膜片7上的压力介质，其中，该压力介质在当前情况下为液体。
在当前情况下，第二空腔3如此设计，使得在装置1运行时以流体密封的方式密封第二空腔3，由此不允许用作压力介质的流体流出或流入。
膜片7以夹紧的方式保持在壳体的限定第一空腔2的壁部区段8与壳体的限定第二空腔3的壁部区段9之间，其中，壁部区段8是头部区段12的组成部分并且壁部区段9是基体区段13的组成部分。
在杆5的第一端部位置，膜片7的布置在内部空间中的邻接于壳体的区段和膜片7的邻接于杆5的区段布置在相同的平面中，其中，所述平面垂直于轴向方向Z构造。这尤其可从图1的左半部中得知。
膜片7具有正好两个径向环绕地包围杆5的、在轴向方向Z上拱曲的区段10，其中，这两个区段10相反地拱曲。在此，径向最外拱曲的区段10朝向第二空腔3拱曲。在图1所示的剖面图中，因此得出膜片7的波浪形横截面。
利用装置1可以加工处于高压（例如80巴至100巴的压力）和120℃至185℃范围内的温度（如其典型地在加工热熔性粘合剂时出现的那样）下的能够流动的介质，并且尽管如此仍实现高的开关频率，精确的开关特性，而膜片7的使用寿命仍然高。
装置1除了用于排出热熔性粘合剂之外还可以通过较小的结构变型被用于调节目的。装置1能够通过很小的结构上的变型例如用作压力调节阀或用作节流部。
当用作节流部或压力调节阀时，在持续运行期间，排出开口4持续地保持打开，只要杆5处于第一端部位置之外。在此，要么连续地调节与第一端部位置的轴向间距，以便限制或调节压力，要么所述间距对于节流功能而言保持恒定。
装置1也可以用于限制压力并且就此而言是安全元件，该安全元件在正常情况下是关闭的，因此杆5位于第一端部位置中，并且通过使杆5过渡到不对应于第一端部位置的位置中而非常少地施加限制压力的功能。
附图标记列表
1 装置
2 第一空腔
3 第二空腔
4 排出开口
5 杆
6 密封区段
7 膜片
8 壁部区段
9 壁部区段
10 区段
11 通道
12 头部区段
13 基体区段
14 套管
15 中心轴线
16 凸起
17 隆起部
18 隆起部
Z 轴向方向
H 冲程位移。
Claims (15)
1.一种用于排出能够流动的介质、特别是用于排出粘合剂、优选地用于排出热熔性粘合剂的装置（1），该装置具有：
- 具有内部空间的壳体，
- 支承在所述壳体中的杆（5），其中所述杆（5）能够借助于致动器沿轴向方向（Z）在第一端部位置和第二端部位置之间运动，反之亦然，
- 膜片（7），其中，所述杆（5）贯穿所述膜片，其中，所述膜片（7）在径向外部以密封的方式支承在所述壳体中并且在径向内部以密封的方式支承在所述杆（5）中，其中，所述膜片（7）将所述内部空间划分为第一空腔（2）和第二空腔（3），其中，所述膜片（7）将所述第一空腔（2）与所述第二空腔（3）流体密封地分开，其中，所述第一空腔（2）用于容纳所述能够流动的介质，
- 至少一个通入到所述第一空腔（2）中的通道（11），通过所述通道能使能够流动的介质流入到所述第一空腔（2）中，
- 通入到所述空腔（2）中的排出开口（4），该排出开口用于排出所述能够流动的介质，其中，所述杆（5）具有密封区段（6），其中，所述密封区段（6）在第一端部位置中封闭所述排出开口（4）并且在第二端部位置中与所述排出开口（4）间隔开地布置，
其特征在于，在所述第二空腔（3）中布置有作用到所述膜片（7）上的压力介质。
2.根据权利要求1所述的装置（1），其中，所述压力介质通过流体、特别是液体或者通过弹性体形成。
3.根据权利要求1或2所述的装置（1），其中，所述第二空腔（3）以流体密封的方式得到密封。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置（1），其中，所述膜片（7）关于所述杆（5）位置固定地与所述杆（5）连接。
5.根据权利要求4所述的装置（1），其中，所述膜片（7）以夹紧的方式保持在所述杆（5）中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置（1），其中，所述膜片（7）以夹紧的方式保持在所述壳体的限定所述第一空腔（2）的壁部区段（8）与所述壳体的限定所述第二空腔（3）的壁部区段（9）之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置（1），其中，在所述第二空腔（3）中邻接于所述膜片（7）地布置有阻隔介质。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，至少一个通道（11）的通入到所述第一空腔（2）中的区段的中心轴线（15）与所述膜片（7）相交。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置（1），其中，所述膜片（7）具有热塑性塑料，尤其由热塑性塑料构成。
10.根据权利要求1至9所述的装置（1），其中，所述膜片（7）的材料、特别是热塑性塑料是形状弹性的并且是体积无弹性的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置（1），其中，在所述杆（5）的第一端部位置中，所述膜片（7）的布置在内部空间中的邻接于所述壳体的区段和所述膜片（7）的邻接于所述杆（5）的区段布置在相同的平面中，其中，所述平面垂直于轴向方向（Z）构造。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置（1），其中，所述膜片（7）构造为扁平膜片、卷边膜片或卷绕膜片。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置（1），其中，所述膜片（7）具有至少一个径向环绕地包围所述杆（5）的、沿轴向方向（Z）拱曲的区段（10），优选具有两个相反拱曲的区段（10）。
14.一种用于运行根据权利要求1至13中任一项所述的装置（1）的方法，其中，在所述第一空腔（2）中布置有能够流动的介质，其中，能够流动的介质以第一压力作用到所述膜片（7）上，其中，布置在所述第二空腔（3）中的压力介质以与所述第一压力相反的第二压力作用到所述膜片（7）上，其中，所述第二压力的数值为所述第一压力的90%至110%。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一压力为20巴至100巴，特别是50巴至100巴，优选为60巴至90巴，特别优选为70巴至80巴。
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