CN114763844A - 计量阀 - Google Patents

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Abstract

一种计量阀，其包括介质通道，所述介质通道在喷嘴开口前具有介质收集空间。可以用阀针将位于介质收集空间中的介质通过喷嘴开口排出。

Description

计量阀
技术领域
本发明涉及一种用于定量供应介质、例如粘合剂、焊膏或填充或研磨介质的计量阀。
背景技术
这种阀被称为所谓的喷射阀，并用于在距工件确定距离(通常为几毫米)处喷射介质，从而使经过计量的介质滴落在工件上的预定位置。由于机器人只需水平移动定量供应系统，因此可以同时进行更多的定量供应。此外，这还可以防止损坏工件或工件上的组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有长的使用寿命和改进的计量精度的计量阀，利用所述计量阀可以通过喷射来定量供应介质。
所述目的由权利要求1的特征实现。
根据本发明，阀针在其关闭位置完全关闭介质供应口和介质收集空间之间的连接，所述阀针在其打开位置完全开放介质供应口和介质收集空间之间的这种连接。因此，所述阀针和所述介质收集空间以冲头和冲模的方式设计，即不存在在其之间能够挤压介质的封闭的密封面。以此方式，可以实现计量阀的长的使用寿命，因为防止了阀的堵塞。同时，确保介质可以精确的定量供应，因为介质不必通过狭窄的间隙。
本发明的有利的实施例描述在说明书、附图和从属权利要求中。
根据第一有利实施例，阀针的端部位置可以通过止挡件来确定，所述止挡件位于介质收集空间的外部并且位于喷嘴开口的外部。通过这种止挡件一方面实现了由阀针通过喷嘴开口排出的液滴的突然分离。另一方面，这防止介质在液滴的分离区域受到挤压。换言之，液滴可以突然从阀针的、特别地设计成平面的下侧脱离。
根据另一有利的实施例，介质供应口和介质收集空间之间的过渡部可以形成边缘锋利的密封边缘，由此待定量供应的液滴被干净地剪断。出于同样的原因，可能有利地，阀针的沉入边(eintauchende Rand)和/或介质收集空间的边或边缘不具有斜面(Fase)。所述密封边缘位于平面中可以实现特别好的结果。
根据另一有利的实施例，阀针的下端面可以是平面的并且与阀针的纵向轴线成直角地延伸。以此方式，阀针前端部呈无斜面的冲头形状，进一步有利于介质的定量供应。
根据另一有利的实施例，介质收集空间可以具有圆柱形部分，所述圆柱形部分邻接圆锥形部分。以此方式，当阀针沉入(Eintauchen)时，建立定量供应和喷射所需的压力，因为介质从介质收集空间的圆柱形部分在向着喷嘴开口的方向上被挤压到所述圆锥形部分上。
根据另一有利的实施例，可以设置基体，所述基体形成介质通道、介质收集空间、喷嘴开口、止挡件和用于阀针的至少一个引导件。
为了实现特别好的功能性和长使用寿命，可能有利的是，阀针具有圆柱形的端部部分，所述端部部分可以非常小的间隙配合被引入到介质收集空间中。
根据另一有利的实施例，介质供应口和介质收集空间之间的界面可以位于平面中。为此，介质收集空间可以由孔形成，并且介质供应口可以以平面设计在介质收集空间的边界区域中，从而与两个相交的孔相比，不产生在两个平面上弯曲延伸的边界面。
根据另一有利的实施例，可以设置附接有额外的重物的推杆，以用于驱动阀针，所述驱动通常通过压电元件进行。通过这种额外的重量能够以简单的方式实现对不同介质的适配。定量供应期间产生的压力脉冲由阀针的动能和与其一起移动的部件(例如杆、推杆)限定。这种动能取决于驱动所能达到的速度和所述推杆的质量。为了能够适配相应介质的质量，特别是为了与计量阀的标准规格相比能够增加质量，可以为推杆设置额外的重物，特别是重物可以更换从而适配待定量供应的相应介质。
这种额外的重物适用于任何类型的具有阀针的计量阀。
根据本发明的另一方面，阀针设有弹簧，所述弹簧由盘状体形成，所述盘状体中设有布置在圆盘中部的中心开口和呈螺旋臂形式的狭槽，所述狭槽从所述中心开口延伸到外面并穿过所述盘状体。所述弹簧因此由圆盘形成，其中弯曲的弹簧臂形成在两个相邻的螺旋臂之间，所述螺旋臂一体地连接到所述圆盘。当在中心开口的周向区域内向盘状体施加力时，所有弹簧臂均匀地弹出，从而施加精确可调节的恢复力。
如果盘体和/或中心开口在平面图中是圆形的，特别是圆环形的，则弹簧的制造特别简单。
最后，可能有利的是，设置至少四个、特别是至少六个、并且优选至少八个、并且特别是正好八个狭槽，因为这能够实现特别好的、且容易调节的弹簧效果。
根据进一步有利的实施例，阀针可以具有在介质收集空间的区域中的第一部分和横截面大于所述第一部分中的阀针横截面的第二部分，所述阀针在端部位置撞击所述第二部分。在该实施例中，一方面，创建阀针横截面加宽的区域，该区域也可以用作引导件。另一方面，在加宽区域和直径较小的区域之间的过渡部可用作阀针的止挡面。
根据另一有利的实施例，阀针可以在介质收集空间上方被引导通过轴向间隔开的两个环形空间，靠近介质收集空间的第一环形空间与流体供应口连接，而靠近所述第一环形空间的第二环形空间与流体排放口连接。通过这种结构，可以为阀针创建密封，而不需要在使用可固化粘合剂的情况下往往粘在一起的弹性体密封元件。所述第一环形空间可用于供应不与介质反应的流体，使得从介质通道进入第一环形空间的痕量介质被所供应的液体稀释和/或在其所述液体中传输，而不与介质产生键合。靠近所述第一环形空间的所述第二环形空间可以连接真空源，使得从第一环形空间进入第二环形空间的运输液体和介质的混合物可以被吸出第二环形空间，而不发生堵塞或粘合。
通过将两个环形空间布置在介质收集空间和止挡件之间，可以实现结构紧凑的设计。
阀针的特别稳定的引导可以通过在止挡件上方设置用于阀针的引导件来实现，其中阀针容纳在所述引导件中。
根据本发明的另一方面，这涉及一种具有上述类型的计量阀的定量供应装置，其中第一环形空间与第一运输液体储存器(Transportflüssigkeitsvorrat)连接，第二环形空间与流体抽吸装置连接。在这种情况下，所述流体抽吸装置可以设置有液体分离器，从而可以将已经从所述第二环形空间中吸出的运输液体和介质的混合物与吸入空气分离以进行清除。
根据本发明的另一方面，涉及一种用于密封在计量阀中被引导的阀针的方法，通过所述方法定量供应供料给所述计量阀的介质。在根据本发明的方法中，沿所述阀针圆周的第一分区供应运输液体，并从所述阀针圆周的第二分区将液体从第二环形空间中吸出，所述第二分区靠近第一分区且与第一分区间隔开。通过根据本发明的方法，可以产生流体密封，所述流体密封在没有弹性体元件等的情况下密封阀针，使得阀针不会粘合在其引导件内。
在此有利的是，以高于大气压的第一压力供应介质，以低于第一压力的第二压力供应运输液体，并且被吸出的液体包含运输液体和介质。该程序确保没有运输液体被阀针压入介质收集空间，因为在介质通道的介质收集空间区域中的压力始终高于邻近的环形空间中的压力的情况下输送运输液体。由于上覆的环形空间中的压力由于抽吸总是低于导入运输液体的环形空间中的压力，因此任何液体或任何液体混合物都被从第二环形空间中吸出。
根据另一个有利的实施例，可以使用运输液体，就介质而言，所述运输液体是溶剂、分离剂或稀释剂。例如，如果环氧粘合剂作为介质待被定量供应，考虑例如丙酮、异丙醇、矿物油或硅油作为运输液体，硅油对于防止运输液体粘到环氧树脂粘合剂特别有效。当使用硅酮粘合剂作为介质待被定量供应时，例如硅油、水或其他油适合作为运输液体。当定量供应具有陶瓷颗粒的油时，例如汽油适合作为运输液体。
根据另一有利的实施例，可能有利的是，针在环形空间之间的区域中紧密配合地被引导。在此情况下，只有少量的介质或介质与运输液体的混合物逃逸到相应的相邻的环形空间中。
附图说明
下面根据有利实施例并参考附图仅示例性地描述本发明。在附图中示出：
图1为计量阀的局部截面图；以及
图2为具有图1的计量阀的定量供应装置的示意图。
具体实施方式
图1中详细示出的计量阀具有布置在壳体(未示出)中的压电元件，该压电元件以基本上已知的方式由多个堆叠布置并且均设有电极的压电材料的层构成。压电元件也设计用于倾斜驱动运动，如图1中双箭头所示。更准确地，压电元件根据所谓的双堆叠原理工作，并且除了两个压电有源区域之外，还包括压电无源区域，如EP0947002B1中所公开的。
在所示的实施例中，计量阀用于能够以计量方式分配通过供应口14供应的介质。为此，计量阀具有阀针16，阀针16通过喷射穿过喷嘴开口18而排出介质。
为了克服打开弹簧20的力移动阀针16，设置推杆(未示出)，该推杆下端抵靠在阀针16上，其上端连接到可以由压电元件引起锯齿波振动的杆的自由前端。通过适当控制压电元件使杆倾斜，使得推杆以及阀针16由此执行线性升程运动，如图1中由双箭头所示。阀针16被弹簧20保持在其打开位置，并克服弹簧20的压力被推杆22移动到关闭位置。应注意，虽然在图1和图2中阀针16显示处于其(下)端位置，但所述弹簧20处于其非偏转位置，即处于阀针不移动到其下端点而是在打开位置中的位置。
在杆与阀针相对的一侧上可以设置杆的止动件，使得杆的自由端在其枢转运动期间撞击止动件。止动件可由销形成，销可旋入阀壳体中并借助锁定装置锁定。以此方式，也可以确定止动件在壳体10中的位置，从而可以通过校准来调节止挡件上的撞击点。
也可以在推杆上设置额外的重物，例如通过粘合、旋拧、压制等，其中额外的重物特别布置在压在阀针16上的推杆前端的区域中。该额外的重物特别地可以是可更换的，以便能够使质量适配相应的介质，并且特别地，与计量阀的标准规格相比能够增加重量。
为了改进对压电元件的控制，计量阀具有连接到位移传感器的控制装置，该位移传感器检测杆自由端的路径，从而检测驱动器的升程。此外，控制装置测量压电元件的控制电压和供应的电流，由此可以进行力测量。最后，控制装置还包括温度传感器，以补偿路径测量的温度相关性，或通过由控制装置控制的加热元件进行校正，以实现恒定的计量比。
图1示出了计量阀的壳体60的放大的示图。该计量阀具有介质通道，该介质通道从供应口14经由孔66和设计成环形空间的介质供应口67通向喷嘴开口18，介质通道在喷嘴开口18前面具有介质收集空间68。当压电元件被致动时，阀针16被向下压，以其前端伸入介质收集空间68直至其端部位置(图1和图2)，并且将介质收集空间中的介质M通过喷嘴开口18排出。
为了避开阀座且不挤压或按压介质，阀针16的前端为圆柱状并设计成冲头型。此外，介质供应口67和介质收集空间68之间的过渡部形成没有斜面并且位于平面中的边缘锋利的剪切边缘70。阀针16的下端面也设计成平面，并且与阀针16的纵向轴线成直角。最后，介质收集空间68具有指向介质供应口67的圆柱形部分72，该圆柱形部分与锥形部分74邻接，该锥形部分在其尖端汇入到喷嘴开口18中。
如图1进一步所示，阀针16以其前端穿过介质供应口67，并且因此在其关闭位置在其前端被介质完全包围。然而，阀针16在其打开位置完全开放介质供应口67和介质收集空间68之间的连接。
为了防止阀针16在其关闭位置在介质收集空间18的区域内撞击，阀针16仅移动到其前端在阀针16的端部位置不与介质收集空间68的锥形部分74接触的关闭位置。
如图1进一步所示，阀针16沉入基体76中，基体形成孔66、介质供应口67、介质收集空间68和喷嘴开口18。在基体76中，在介质通道67上方形成轴向间隔开的两个环形空间90和92，每个环形空间都围绕阀针16圆周的一部分区域。在介质供应口67和上环形空间92之间，阀针16具有相同的圆柱形横截面。此处，靠近介质收集空间68的下环形空间90连接到流体供应口94，而靠近下环形空间90的上环形空间92连接到流体排放口96。流体供应口94和流体排放口96均未在图1中示出，但在图2中以虚线表示。
在基体76的上边缘区域，阀针的横截面从直径较小的部分84(图1)加宽到直径较大的部分82，使得阀针16的较大部分82在其端部位置撞击基体76的上侧。因此，基体76的上侧形成阀针16的止挡件77，该止挡件位于介质收集空间68的外部且位于喷嘴开口18的外部。因此，当阀针16处于其下端部位置时，阀针16以加宽部分82撞击所述基体84的止挡件77，这分别在图1和图2中示出。两个环形空间90和92布置在止挡件77和介质收集空间68之间。阀针16的直径较小的部分84在介质收集空间68和下环形空间90之间、在下环形空间90和上环形空间92之间以及在上环形空间92和止挡件77之间被引导件86，87，88引导，其中所有三个引导件均由具有相同直径的孔形成。阀针在这些孔的区域内以非常紧密的间隙被引导。阀针16还在止挡件77上方被容纳在另一引导件89中，该引导件89形成在插入物91中，该插入物91安装到壳体60中并且与基体76间隔开。
为了在不使用弹性体密封元件等的情况下实现阀针16相对于通过流体供应口14供应的介质M的密封，流体供应口14连接到运输液体储存器102。另一方面，第二环形空间92经由流体排放口96连接到流体抽吸装置104，流体抽吸装置104通过施加的真空(VAC)从第二环形空间92中抽吸空气和液体。在流体抽吸装置104内设置液体分离器105，用于分离已抽吸的液体。待定量供应的介质M本身储存在介质容器100中，介质容器100被施加例如大约0.5巴和6巴之间的压力P1。
上述定量供应装置或上述计量阀在操作期间通过供应口14以高于大气压的压力P1作用来自介质容器11的介质M。因此介质M通过孔66和介质供应口67被引入阀针16的下圆周区域。同时，运输液体T例如在大气压力下从运输液体储存器102通过流体供应口94被引导到下环形空间90中，并且上环形空间92通过流体抽吸装置104而承受真空或负压。如果阀随后被致动数次，则阀针16从图1和图2所示的其下端部位置略微向上移动，使得介质M从设计成环形空间的介质供应口67进入介质收集空间68，并通过所述阀针16的另外的升程运动被向下喷射通过喷嘴开口18。在多次升程之后，尽管阀针16和基体76之间紧密配合，少量介质可能在操作期间从介质供应口67移动到下环形空间90中。然而，下环形空间填充不与介质键合的运输液体T，使得介质M和运输液体T的混合物不在下环形空间90的区域粘合或硬化。在进一步的过程中，介质M和运输液体T的液体混合物可以到达上环形空间92，但从上环形空间92通过流体排放口96和流体抽吸装置104被吸出，从而没有液体或介质进入止挡件77的区域。
应当注意，阀针16的上部82可具有大约1mm的直径，所述阀针的下部84可具有大约0.5mm的直径，并且喷嘴开口18可具有大约100μm的直径。通过使用不同长度的计量针，可以以有利的方式调节待定量供应的量。如果例如使用计量针，其中止挡面77与阀针的前平面端面之间的距离增加，则定量供应的量减少，反之亦然。以此方式，不仅可以定量供应“滴”，而且可以定量供应更大的体积，这在某些应用中是有利的。
当阀针16的前端沉入介质收集空间68的圆柱形部分72中时，建立了定量供应和喷射所需的压力。通过压电驱动实现为此所需的针头的非常快速的移动。由于根据本发明的阀没有阀座，阀针和驱动它的推杆的动能不传递到阀座而是传递到介质，由此可以实现良好的液滴形成。由于介质不在两个表面之间受到按压或挤压，而是沿着边缘锋利的密封边缘被剪断，因此阀可以以更长的使用寿命运行。

Claims (14)

1.一种计量阀，其用于定量供应介质，所述计量阀包括从介质供应口(66)通向喷嘴开口(18)的介质通道以及具有中心轴线的阀针(16)，所述介质通道在所述喷嘴开口前具有介质收集空间(68)，通过所述阀针能够将位于所述介质收集空间中的所述介质(M)通过所述喷嘴开口(18)排出，其中所述阀针在其打开位置完全开放所述介质供应口(67)和所述介质收集空间(68)之间的连接，并且所述阀针沉入所述介质收集空间(68)直至端部位置以排出所述介质，由此完全关闭所述介质供应口(67)和所述介质收集空间(68)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的计量阀，
其特征在于，
所述端部位置由位于所述介质收集空间(68)的外部且位于所述喷嘴开口(18)的外部的止挡件(77)确定。
3.根据权利要求1或2所述的计量阀，
其特征在于，
所述阀针(16)在所述介质收集空间(68)的区域具有第一部分(84)和横截面大于所述阀针(16)的第一部分(84)的横截面的第二部分(82)，并且所述阀针(16)在所述端部位置撞击所述第二部分(82)。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的计量阀，
其特征在于，
所述阀针(16)在所述介质收集空间(68)上方被引导通过两个轴向间隔开的环形空间(90、92)，其中靠近所述介质收集空间(68)的第一环形空间与流体供应口(94)连接，并且靠近所述第一环形空间(90)的第二环形空间(92)与流体排放口(96)连接。
5.根据权利要求2和4中任一项所述的计量阀，
其特征在于，
所述两个环形空间(90、92)布置在所述介质收集空间(68)和所述止挡件(77)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的计量阀，
其特征在于，
设置基体(76)，所述基体形成所述介质通道(67)、所述介质供应口(67)，所述喷嘴开口(18)、所述止挡件(77)和用于所述阀针(16)的至少一个引导件(86、88)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的计量阀，
其特征在于，
不设置用于将所述阀针(16)相对于所述介质(M)密封的弹性密封元件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的计量阀，
其特征在于，
所述阀针(16)在所述止挡件(77)的上方容纳在引导件(89)中。
9.一种定量供应装置，其具有根据权利要求4或5所述的计量阀，
其特征在于，
所述第一环形空间(90)与运输液体储存器(102)连接，所述第二环形空间(92)与流体抽吸装置(104)连接。
10.根据权利要求9所述的定量供应装置，
其特征在于，
所述流体抽吸装置(104)设置有液体分离器(105)。
11.一种用于密封在计量阀、特别是在根据权利要求1至8中任一项所述的计量阀中被引导的阀针的方法，通过所述阀针定量供应供料给所述计量阀的所述介质，
其特征在于，
运输液体(T)沿所述阀针(16)的圆周的第一分区供应，液体(T，M)从所述阀针(16)的圆周的、靠近所述第一分区并与所述第一分区间隔开的第二分区吸出。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
所述介质(M)以高于大气压的第一压力(P1)供应，所述运输液体(T)以低于所述第一压力(P1)的第二压力供应，并且被吸出的液体(T，M)包含所述运输液体(T)和所述介质(M)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
使用运输液体(T)，所述运输液体是用于所述介质的溶剂、分离剂或稀释剂。
14.根据权利要求11、12或13所述的方法，
其特征在于，
所述阀针(16)被引导通过三个轴向间隔开的环形空间(67、90、92)，其中所述运输液体(T)被供应到所述第一环形空间(90)中，所述液体(T，M)从靠近所述第一环形空间(90)的所述第二环形空间(90)中被吸出，并且所述介质(M)被供应到靠近所述第一环形空间(90)的第三环形空间(67)中，其中所述阀针(16)在环形空间之间被引导。
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