DE10047184A1 - Dosierventil - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierventil zum Dosieren von viskosem Material, mit einem Materialeinlaß, einem Materialauslaß, einem zwischen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Verbindungskanal sowie zwischen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Mitteln zur Veränderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verstellbar ist. Ferner sind zusätzliche Mittel zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals zwischen den Mitteln zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und dem Materialauslaß vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil zur Dosierung von viskosem Material, das einen Materialeinlaß, einen Materialauslaß sowie einen zwischen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Verbindungskanal aufweist. Ferner sind Mittel vorgesehen, um den Strömungsquer­ schnitt des Verbindungskanals zu verändern, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar ist.

Derartige Dosierventile kommen beispielsweise in der Automobilbranche oder in der Medizintechnik zum Ein­ satz, wo die Verwendung von Flüssigdichtungen und Kleb­ stoffen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Dabei muß das viskose Material zu 95% maschinell aufgetragen werden, um eine optimale Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.

Bei den aus der Praxis bekannten Dosierventilen werden die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals durch einen Kolben gebildet, der beispielsweise pneumatisch oder elektromagnetisch in Verbindung mit einer Feder zwischen der Schließ- und der Öffnungsstellung verstellbar ist.

Das zu dosierende viskose Material steht dabei übli­ cherweise mit hohem Druck am Materialeinlaß an. In der Schließstellung wird der Verbindungskanal durch den Kolben verschlossen. Durch Ansteuerung des Kolbens er­ folgt ein einstellbarer Kolbenhub, der den Verbindungs­ kanal freigibt, so daß das viskose Material zum Materi­ alauslaß gelangen kann.

Der Kolben ist in bezug auf seinen Dichtungssitz so an­ geordnet, daß der Kolben vom Dichtungssitz hin zum Ma­ terialauslaß bewegt wird. Bedingt durch diese Konstruk­ tion wird beim Öffnen des Verbindungskanal viskoses Ma­ terial durch den Kolben zum Materialauslaß verdrängt, so daß am Anfang der Dosierraupe eine "Klecksbildung" entsteht. Dieser Nachteil wird jedoch bewußt in Kauf genommen, da der Kolben beim Schließen des Verbindungs­ kanals für den sogenannten "Rücksaugeffekt" sorgt. Ein Rücksaugeffekt wird insbesondere dann erforderlich, wenn Material dosiert werden soll, das zum "Fadenziehen" neigt. Wird bei einem derartigen Material die Dosierung beendet und das Dosierventil vom Bauteil abgehoben, so entsteht ein Faden, der irgendwann unkon­ trolliert abreißt und auf das Bauteil fällt. Um diesen Faden zu vermeiden, muß das viskose Material nach Been­ digung der Dosierung vom Materialauslaß um ein gewisses Maß in das Dosierventil zurückgesaugt werden, so daß ein kontrollierter Produktabriß entsteht und eine Fa­ denbildung vermieden wird. Der Rücksaugeffekt wird da­ bei durch die Bewegung des Kolbens weg vom Materialaus­ laß hin zum Dichtungssitz bewirkt. Die Größe des Rücksaugeffekts ist vom Kolbenhub abhängig. Je größer der Hub, um so größer ist der Rücksaugeffekt, wobei al­ lerdings auch eine entsprechend größere Produktmenge dosiert wird, weil ein entsprechend größerer Quer­ schnitt freigegeben wird. Die Produktmenge und der Rücksaugeffekt sind somit voneinander abhängig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Do­ sierventil zum Dosieren von viskosem Material dahinge­ hend zu verbessern, daß die Menge des viskosen Materi­ als unabhängig vom Rücksaugeffekt steuerbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Dosier­ ventil zum Dosieren von viskosem Material weist einen Materialeinlaß, einen Materialauslaß sowie einen zwi­ schen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Verbindungskanal auf. Zwischen Materialeinlaß und Mate­ rialauslaß sind ferner Mittel zur Veränderung des Strö­ mungsquerschnittes des Verbindungskanals vorgesehen, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verstellbar ist. Durch zu­ sätzliche Mittel läßt sich außerdem das Volumen im Be­ reich des Verbindungskanals im Bereich zwischen den Mitteln zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und dem Materialauslaß verändern.

Zweckmäßigerweise ist ferner eine Steuereinrichtung zur aufeinander abgestimmten Ansteuerung der Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und der Mittel zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbin­ dungskanals vorgesehen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mit­ tel zur Veränderung des Volumens des Verbindungskanals derart ausgebildet, daß ein gezielter Rücksaugeffekt von Material beim Schließen des Strömungsquerschnittes ansteuerbar ist. Diese Mittel werden beispielsweise durch eine mit einem Druckmittel beaufschlagbare Mem­ bran gebildet.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals nicht wie üblich durch einen Kol­ ben, sondern durch ein drehbares Steuerglied gebildet, wobei die Drehstellung des Steuerglieds den Strömungsquerschnitt bestimmt. Die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts können dabei derart ausgebildet sein, daß eine Veränderung des Strömungsquerschnitts keine Änderung des Volumens zwischen diesen Mitteln und dem Materialauslaß bewirkt. Dadurch kann der Rücksaug­ effekt einzig und allein durch die zusätzlichen Mittel zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbin­ dungskanals bewirkt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel zur Veränderung des Strömungsquerschnitts so ausgebildet, daß diese zwischen der Schließ- und der Öffnungsstellung in wenigstens einer Zwischenstellung ansteuerbar sind.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung wer­ den anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Dosier­ ventils,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Ventilkopfes,

Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung des Do­ sierventils,

Fig. 4a, 4b Schnittdarstellungen im Bereich der Mit­ tel zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts in der Schließstellung,

Fig. 5a, 5b Schnittdarstellungen im Bereich der Mit­ tel zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts in der Öffnungsstellung,

Fig. 6a, 6b Schnittdarstellungen der Mittel zur Ver­ änderung des Volumens des Verbindungska­ nals in zwei verschiedenen Stellungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Dosierventil 1 besteht im we­ sentlichen aus einem Ventilkopf 2 und einem Motor 3. Eine Materialleitung 4 ist am Materialeinlaß 5 am Ven­ tilkopf angeschlossen. Der Ventilkopf weist ferner einen Materialauslaß 6 auf, an dem eine Dosiernadel 18 gehaltert ist.

Der in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Ventilkopf zeigt einen zwischen Materialeinlaß 5 und Materialaus­ laß 6 vorgesehenen Verbindungskanal 7.

Zwischen Materialeinlaß 5 und Materialauslaß 6 sind ferner Mittel 8 zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts des Verbindungskanals 7 vorgesehen, wobei der Strömungsquerschnitt zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbar sind. Ferner sind zusätzliche Mittel 9 zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals zwischen den Mitteln 8 zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und dem Materialauslaß 6 vorgesehen.

Anhand der Fig. 4 und 5 werden zunächst der Aufbau und die Funktionsweise der Mittel 8 zur Veränderung des Strömungsquerschnitts näher erläutert. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Ventilbuchse 8.1 und einem in der Ventilbuchse drehbaren Steuerglied 8.2. Die Ventilbuchse 8.1 weist zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 8.3 und 8.4 auf. Das Steuerglied 8.2 ist mit einem Durchgangskanal 8.5 versehen. Der Verbindungskanal 7 mündet jeweils im Bereich der Ausnehmungen 8.3 bzw. 8.4 in der Ventilbuchse. In den Fig. 4a und 4b ist die Schließstellung des Verbindungskanals gezeigt. In den Fig. 5a und 5b ist die Öffnungsstellung dargestellt, wo­ bei insbesondere aus Fig. 5a zu ersehen ist, daß der Strömungsquerschnitt im Bereich der Mittel 8 auch in der Öffnungsstellung gegenüber dem sonstigen Quer­ schnitt des Verbindungskanals 7 deutlich reduziert ist. Der Strömungsquerschnitt wird im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel durch einen schmalen Spalt n mit einer konstanten Höhe von beispielsweise 0,5 mm gebildet.

Neben den beiden in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ex­ tremstellungen des Steuerglieds sind außerdem auch Zwi­ schenstellungen möglich, in denen die. Breite des Spal­ tes gegenüber der in Fig. 5 gezeigten Stellung entspre­ chend der Drehstellung reduziert ist.

Durch Verwendung unterschiedlicher Steuerglieder kann der maximale lichte Strömungsquerschnitt an die jewei­ lige Anwendung angepaßt werden.

Eine andere Möglichkeit der Veränderung des maximalen lichten Strömungsquerschnitts ist ferner aus Fig. 5a zu ersehen. Die Höhe h des Strömungsquerschnitts läßt sich durch unterschiedlich starke Distanzplättchen 8.6 an ,die jeweilige Anwendung anpassen.

Das Steuerglied 8.2 ist in geeigneter Weise mit einem Antrieb, beispielsweise einem Servomotor 3 verbunden. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird der aus der Ventilbuchse 8.1 hervorstehende Zapfen 8.7 des Steuerglieds über einen Steuerhebel 10, eine Steuerga­ bel 11 und einen weiteren Steuerhebel 12 mit einer Welle 3.1 des Servomotors 3 verbunden. Der Servomotor 3 zeichnet sich für die vorliegende Anwendung insbeson­ dere dadurch aus, daß die Drehstellung der Welle 3.1 in Abhängigkeit der Eingangsspannung des Motors veränder­ bar ist. Auf diese Weise kann der Strömungsquerschnitt nicht nur von der Schließstellung gemäß Fig. 4 in die Öffnungsstellung gemäß Fig. 5, sondern auch in jede Zwi­ schenstellung gebracht werden. Der große Vorteil der oben beschriebenen Mittel 8 zur Veränderung des Strö­ mungsquerschnitts besteht darin, daß beim Öffnen des Dosierventils kein Produkt in Richtung Materialauslaß verdrängt wird, wie das bei den herkömmlichen Kolben­ ventilen üblich ist. Dadurch kann die "Klecksbildung" am Anfang der Dosierraupe vermieden werden.

Anhand der Fig. 6a und 6b werden im folgenden der Aufbau und die Funktion der zusätzlichen Mittel zur Verände­ rung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals zwi­ schen den Mitteln 8 zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts und dem Materialauslaß 6 näher beschrieben.

Die Mittel zur Veränderung des Volumens im Bereich zwi­ schen den Mitteln 8 und dem Materialauslaß 6 werden durch eine Membran 9.1 gebildet, die in einer Ausneh­ mung 13 des Ventilkopfes 2 angeordnet ist, wobei die Ausnehmung 13 über eine Querbohrung 14 mit dem Verbin­ dungskanal 7 in Verbindung steht. Die Membran 9.1 wird durch eine Membranschraube 9.2 und einen O-Ring 9.3 in der Ausnehmung 13 gehaltert.

Der Verstellweg der Membran wird zum einen durch den Boden 13.3 der Ausnehmung 13 und durch eine Stell­ schraube 9.4 begrenzt. In den Fig. 6a und 6b sind je­ weils die Extremstellungen der Membran gezeigt.

Die Stellschraube 9.4 weist eine axiale Durchgangsboh­ rung 9.5 auf, über die die Membran 9.1 mit Druckluft beaufschlagt werden kann.

In der in Fig. 6a gezeigten Stellung der Membran weist der Bereich zwischen den Mitteln 8 und dem Materialaus­ laß, einschließlich der Querbohrung 14 und dem durch die Membran 13 begrenzten Raum der Ausnehmung 13, das größtmögliche Volumen auf. In der Stellung gemäß Fig. 6b wird die Membran 9.1 mit Druckluft (siehe Pfeil 15) be­ aufschlagt, so daß sich das Volumen insbesondere um den durch die Membran begrenzten Bereich der Ausnehmung 13 verringert.

Wird die Druckluft (Pfeil 15) weggenommen, federt die Membran 9.1 von der Stellung gemäß Fig. 6b in die Stel­ lung gemäß Fig. 6a zurück, wodurch sich eine Volumenver­ größerung und der gewünschte Rücksaugeffekt ergibt.

Die Ansteuerung der Mittel 8 zur Veränderung des Strö­ mungsquerschnitts und der Mittel 9 zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals erfolgt über eine Steuereinrichtung 15, die zum einen mit einem Steuergerät 16 des Servomotors und einem Ventil 17 zur Steuerung der zur Beaufschlagung der Membran erforder­ lichen Druckluft in Verbindung steht.

Das viskose Material steht mit einem Druck von bei­ spielsweise 3 bis 40 bar am Materialeinlaß 5 an. Durch entsprechende Ansteuerung des Steuergeräts 16 läßt sich der Strömungsquerschnitt von der Schließstellung in ei­ ner Öffnungsstellung verstellen, so daß das viskose Ma­ terial über den Verbindungskanal 7 zum Materialauslaß 6 und von dort in die dort angebrachte Dosiernadel 18 ge­ langt. Das viskose Material wird dann in Form einer Do­ sierraupe 19 auf einem Werkstück 20 aufgebracht, wobei das Werkstück 20 und die Dosiernadel 18 relativ zuein­ ander bewegt werden.

Indem die Mittel 8 zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts bei einer Verstellung kein Material in Rich­ tung Dosiernadel 18 verdrängen, kann beim Öffnen des Dosierventils der "Anfangsklecks" vermieden werden.

Sofern keine Produkte dosiert werden sollen, die zum "Fadenziehen" neigen, könnte prinzipiell auch auf die Mittel 9 zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals verzichtet werden.

Sollen jedoch auch derartige Produkte dosiert werden, die zum "Fadenziehen" neigen, wird die Membran 9.1 wäh­ rend der Dosierbewegung des Dosierventils mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Materialmenge, die durch die Membranbewegung zusätzlich aus der Dosiernadel aus­ tritt, sich durch die Relativbewegung des Dosierventils auf die Produktraupe verteilt und nicht auffällt. Bei Beendigung des Dosiervorgangs kann dann die Druckluft weggenommen werden, wodurch die Membran bis zur Stell­ schraube 9.4 zurückfedert. Dabei wird Material in die Dosiernadel zurückgesaugt, so daß ein gezielter Materi­ alabriß eingestellt werden kann.

Die Menge des zurückgesaugten Materials hängt dabei vom Hub der Membran ab und kann über die Einstellschraube 9.4 verändert werden. Indem die Mittel 8 zur Verände­ rung des Strömungsquerschnitts und die Mittel 9 zur Veränderung des Volumens getrennt voneinander ansteuer­ bar sind, kann die Stärke des Rücksaugeffekts unabhän­ gig von der dosierten Produktmenge eingestellt werden.

Die zusätzlichen Mittel 9 zur Veränderung des Volumens lassen sich jedoch auch vorteilhaft mit den herkömmli­ chen Kolbenventilen kombinieren. Der störende "Anfangsklecks" könnte dann dadurch vermieden werden, daß die Membran synchron mit dem Öffnen des Strömungs­ querschnitts von der Stellung gemäß Fig. 6b in die Stel­ lung gemäß Fig. 6a überführt wird. Bei einer entspre­ chenden Einstellung könnte dann das Volumen im Bereich zwischen den Mitteln 8 und dem Materialauslaß 6 eben­ falls relativ konstant gehalten werden. In gleicher Weise könnte beim Schließen des Dosierventils die Mem­ bran einem durch den Kolben bedingten zu großen Rücksaugeffekt durch eine entsprechende Ansteuerung entgegenwirken.

Claims (10)

1. Dosierventil (1) zum Dosieren von viskosem Material, mit

• a) einem Materialeinlaß (5),
• b) einem Materialauslaß (6),
• c) einem zwischen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Verbindungskanal (7)
• d) sowie zwischen Materialeinlaß und Materialauslaß vorgesehenen Mitteln (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals, wo­ bei der Strömungsquerschnitt zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verstellbar ist,

gekennzeichnet durch

• a) zusätzliche Mittel (9) zur Veränderung des Volu­ mens im Bereich des Verbindungskanals zwischen den Mitteln zur Veränderung des Strömungsquer­ schnitts und dem Materialauslaß.

2. Dosierventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (15) zur aufeinander abge­ stimmten Ansteuerung der Mittel (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und der Mittel (9) zur Veränderung des Volumens des Verbindungskanals.

3. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zur Veränderung (9) des Volumens im Bereich des Verbindungskanals während der Verän­ derung des Strömungsquerschnitts gezielt ansteuerbar sind.

4. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (9) zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals (7) derart ausge­ bildet sind, daß ein gezielter Rücksaugeffekt von Material beim Schließen des Strömungsquerschnitts ansteuerbar ist.

5. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (9) zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals durch eine mit ei­ nem Druckmittel beaufschlagbare Membran (9.1) gebil­ det werden.

6. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (9) zur Veränderung des Volumens im Bereich des Verbindungskanals über eine Querboh­ rung mit dem Verbindungskanal (7) zwischen den Mit­ teln (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts und dem Materialauslaß (6) in Verbindung stehen.

7. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts ein drehbares Steuerglied (8.2) aufweisen, wobei die Drehstellung des Steuer­ glieds den Strömungsquerschnitt bestimmt.

8. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts zwischen der Schließ- und der Öffnungsstellung in wenigstens einer Zwischenstel­ lung ansteuerbar sind.

9. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zur Veränderung (8) des Strö­ mungsquerschnitts einen Servomotor (3) aufweisen, der zur Einstellung des Strömungsquerschnitts in we­ nigstens einer Zwischenstellung zwischen Schließ- und Öffnungsstellung ansteuerbar ist.

10. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel (8) zur Veränderung des Strömungsquerschnitts durch ein in einer Ventil­ buchse (8.1) drehbar gehaltertes Steuerglied (8.2) gebildet werden, wobei die Ventilbuchse und das Steuerglied in der Öffnungsstellung einen Durch­ gangskanal (8.5) mit maximalem Strömungsquerschnitt freigeben und der Strömungsquerschnitt durch Drehen des Steuerglieds relativ zur Ventilbuchse bis zur Schließstellung verstellbar ist.