DE102007037663A1

DE102007037663A1 - Nadelventilanordnung

Info

Publication number: DE102007037663A1
Application number: DE102007037663A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buck; Michael Baumann
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-19
Also published as: DE202008017338U1; WO2009019036A1

Abstract

Eine Nadelventilanordnung zur Steuerung fließfähiger Medien wie insbesondere von Lackmaterialien in einer Beschichtungsanlage enthält als Nadeldichtung eine fest mit der Ventilnadel verbundene und mit ihr bewegbar ausgebildete Dichtungsmembran.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nadelventilanordnung zur Steuerung des Flusses fließfähiger Medien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um Ventile für flüssiges Beschichtungsmaterial in einer Anlage zur serienweisen Beschichtung von Werkstücken wie beispielsweise Fahrzeugkarossen und deren Teilen, doch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt.
Ventilanordnungen der betrachteten Gattung sind u. a. für Flüssiglack bekannt, etwa als Farbventil für die üblichen modularen Farbwechselblöcke ( EP 0 979 964 B1 ) oder als Funktionsventil beispielsweise für eine Dosierflüssigkeit ( EP 1 250 964 B1 ), wobei je nach Konstruktion die Ventilnadel entweder in der zurückgezogenen Position oder in der ausgefahrenen Position an dem Ventilsitz anliegen und dadurch das Ventil schließen kann.
In derartigen Ventilanordnungen sind Dichtungen erforderlich, die den unter dem Druck des gesteuerten Mediums stehenden Bereich der Zuführ- und Ableitungskanäle des Mediums gegen den in der Regel drucklosen Raum auf der anderen Seite der Dichtung abdichten. Zu diesem Zweck sind üblicherweise Dichtungselemente vorgesehen, die mit einer ringförmigen Dichtkante an der Ventilnadel anliegen und bei der Hubbewegung der Nadel das an ihr haftende Lackmaterial oder sonstige Medium abstreifen. Die zur Dichtung auch bei Stillstand der Ventilnadel erforderliche Anpresskraft wird beispielsweise mit Federn oder anderen elastischen Elementen oder durch zweckmäßige Formgebung der Dichtung (ggf. mit Memory-Effekt) erzielt. Bei diesen bekannten Dichtungen besteht das Problem, dass z. B. in einem Lackmaterial enthaltene Festkörper oder Lackablagerungen an der Ventilnadel usw. zu Beschädigungen der Dichtkante führen können. Auch können bestimmte in dieser Hinsicht kritische Lackmedien wie beispielsweise die Härterkomponente von 2K-Lacken (wie Isocyanat) durch die Hubbewegung der Ventilnadel unter die Dichtkante gezogen werden und dann durch eine chemische Reaktion mit Feuchtigkeit aushärten, was ebenfalls zu Funktionsstörungen des Ventils führt. Neben unerwünschten Druckverlusten des gesteuerten Mediums und dem möglichen Eindringen des Mediums in den Nadelantrieb ist eine typische Funktionsstörung des Ventils ein Festkleben der Ventilnadel in der Dichtung.
Ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Ventilanordnungen zu vermeiden und die Zuverlässigkeit der Ventilfunktion auch über längere Betriebszeiten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Ventilanordnung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die oben beschriebenen Probleme der bekannten Ventilanordnungen vermieden werden, wenn deren Nadeldichtung durch ein an der Nadel befestigtes Dichtungselement ersetzt wird, so dass nicht mehr eine axiale Hubbewegung der Nadel in der Dichtung stattfindet, sondern die Dichtung mit der Nadel mitbewegt wird. Infolgedessen kann das durch das Ventil gesteuerte Medium nicht mehr zwischen die Nadel und die Dichtung gelangen. Somit kann die Dichtung nicht mehr durch feste Partikel beispielsweise von Effektlacken cd. dgl. oder durch Lackablagerungen auf der Nadel beschädigt werden oder das Ventil durch Festkleben der Nadel in der Dichtung funktionsunfähig werden. Da die Medienseite der Dichtung und der auf ihrer anderen Seite befindliche, in typischen Fällen drucklose Bereich ständig hermetisch voneinander getrennt sind, kann die Ventilfunktion auch nicht mehr durch eine Druckleckage beeinträchtigt werden.
Am sichersten werden diese Vorteile erreicht, wenn das flexible Dichtelement integral oder permanent beispielsweise durch Sintern oder Vulkanisation mit der Ventilnadel verbunden ist. Stattdessen kann es aber auch zweckmäßig sein, das Dichtungselement lösbar und somit auswechselbar zwischen zwei Teilen der Ventilnadel zu montieren.
In einer zweckmäßigen und bevorzugten Ausführungsform ist das Dichtungselement als parallel zu der Nadelachse biegbare allgemein scheibenförmige Membran ausgebildet, die wenig aufwändig, jedoch sehr zuverlässig ist und einfach mit einem zentralen Teil an der Ventilnadel befestigt werden kann, während sie an ihrem Umfang an dem äußeren Gehäusekörper und/oder an dem Ventilgehäuse befestigt oder zwischen dem Gehäusekörper und dem Ventilgehäuse eingeklemmt oder eingespannt werden kann.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung bei Verwendung der Ventilanordnung für die Steuerung der Härterkomponente von 2K-Lacken oder für die Steuerung anderer Lackmedien für die Beschichtung von Werkstücken. Allgemeiner eignet sich die Erfindung aber für alle Ventilanordnungen, bei denen es auf eine sichere und zuverlässige Abdichtung eines von dem gesteuerten Medium durchströmten Raumes ankommt.
An dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch die Ventilanordnung.
Die dargestellte Ventilanordnung besteht im Wesentlichen aus einem Nadelventil 1, dessen allgemein zylindrisches Ventilgehäuse 2 in einen äußeren Gehäusekörper 3 geschraubt ist. In dem Ventilgehäuse 2 ist axial verschiebbar die Ventilnadel 4 gelagert, die von einer Antriebseinrichtung mit einem pneumatischen Kolbenantrieb 5 und einer Spiralfeder 6 in ihre Öffnungs- und Schließstellungen bewegt wird. In der dargestellten ausgefahrenen Schließstellung liegt das konische Ende 7 der Ventilnadel 4 an der den Ventilsitz bildenden Innenwand 8 eines ersten Medienleitungskanals 10 an, der durch das geschlossene Ventil von einem zweiten Medienleitungskanal 11 getrennt bzw. bei geöffnetem Ventil mit ihm verbunden werden soll, so dass das unter positivem oder in anderen Fällen negativem Druck stehende Medium aus dem einen Leitungskanal in den anderen Leitungskanal fließen kann. Die automatisch ein- und ausschaltbare Steuerluft zum Öffnen bzw. Schließen des Ventils wird durch den Steueranschluss 12 zugeführt. Durch eine Bohrung 13 kann der an die axial innere Seite des Ventilgehäuses 2 angrenzende Bereich der Ventilanordnung entlüftet werden.
Soweit sie bis hier beschrieben wurde, entspricht die dargestellte Ventilanordnung dem Stand der Technik, so dass keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind. Während jedoch bei entsprechenden bekannten Ventilen zwischen dem an das Ventilgehäuse 2 angrenzenden Bereich und der an den Leitungskanal 10 angrenzenden Innenfläche des Gehäusekörpers 3 ein an der Ventilnadel gleitend anliegender Dichtungsring vorgesehen ist, dient stattdessen erfindungsgemäß als Dichtung eine in der Draufsicht im Wesentlichen scheibenförmige Dichtungsmemb ran 15 der dargestellten Form, die eine von der Ventilnadel 4 durchsetzte Zentrale Öffnung haben und am Rand dieser Öffnung mit der Ventilnadel über ihren gesamten Umfang beispielsweise durch Sintern oder Vulkanisieren fest verbunden sein kann. Der sich radial an die zentrale Öffnung anschließende axial gewölbte Teil 16 der Membran ermöglicht deren Biegung bei den Hubbewegungen der Ventilnadel und ist darstellungsgemäß in dem Innenraum 18 der Ventilanordnung angeordnet, der zwischen der Unterseite des Ventilgehäuses 2 und der angrenzend an den Leitungskanal 10 quer zu der Nadelachse verlaufenden Innenfläche 19 des Gehäusekörpers 3 gebildet ist. Die axiale Höhe des Innenraums 18 ist entsprechend dem Hub der Ventilnadel zwischen ihren Öffnungs- und Schließstellungen bemessen, so dass die erforderlichen Bewegungen der Dichtungsmembran 15 möglich sind. An ihrem z. B. kreisförmigen Umfang kann die Dichtungsmembran 15 zur Befestigung an dem Gehäusekörper 3 darstellungsgemäß zwischen dessen Innenfläche 19 und einem sich beispielsweise an dem Ventilgehäuse 2 abstützenden Haltering 20 eingespannt sein, der bei dem dargestellten Beispiel den Innenraum 18 konzentrisch zu der Nadelachse umschließt. Durch den Haltering 20 kann eine Bohrung führen, die den Innenraum 18 mit der Entlüftungsbohrung 13 verbindet.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann im Rahmen der Erfindung in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden. Insbesondere könnte ein der Form und/oder Funktion der Membran 15 entsprechendes Dichtungselement auch in einer Ventilkonstruktion beispielsweise gemäß der eingangs erwähnten EP 0 979 964 B1 eingesetzt werden, bei der die Ventilnadel nicht in ihrer ausgefahrenen, sondern in der zurückgezogenen Position schließt. Ferner könnte statt des pneumatischen Kolbenantriebs 5 auch eine andere Antriebseinrichtung für die Ventilnadel vorgesehen sein wie z. B. ein elektromagnetischer Antrieb.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0979964 B1 [0002]
- EP 1250964 B1 [0002]
- EP 0979964 [0013]

Claims

Nadelventilanordnung zur Steuerung des Flusses fließfähiger Medien mit einem äußeren Gehäusekörper (3), durch den Leitungskanäle (10, 11) zur Zuleitung und Ableitung des zu steuernden Mediums führen, einem in dem äußeren Gehäusekörper (3) angeordneten Ventilgehäuse (2), einer in dem Ventilgehäuse (2) zum Öffnen und Schließen des Ventils verschiebbaren Ventilnadel (4), die mit einer automatisch steuerbaren Antriebseinrichtung verbunden ist und mit einem Ventilsitz (8) in oder an einem der Leitungskanäle (10) zusammenwirkt, und mit einem fest mit dem äußeren Gehäusekörper (3) und/oder dem Ventilgehäuse (2) verbundenen Dichtungselement (15), das den auf der einen Seite des Dichtungselements (15) befindlichen Bereich der Leitungskanäle (10, 11) gegen einen auf der anderen Seite des Dichtungselements befindlichen Bereich der Ventilanordnung abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (15) fest mit der Ventilnadel (4) verbunden und mit ihr bewegbar ausgebildet ist.
Nadelventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement als parallel zu der Nadelachse biegbare Membran (15) ausgebildet ist.
Nadelventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (15) allgemein scheibenförmig ist und mit einem zentralen Teil an der Ven tilnadel (4) befestigt ist, während es an seinem Umfang an dem äußeren Gehäusekörper (3) und/oder an dem Ventilgehäuse (2) befestigt ist.
Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (15) sich in einem an das Ventilgehäuse (2) angrenzenden Innenraum (18) der Ventilanordnung befindet, dessen längs der Nadelachse gemessene Höhe entsprechend der Hubbewegung der Ventilnadel (4) zwischen ihren Öffnungs- und Schließstellungen bemessen ist.
Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (15) zwischen dem äußeren Gehäusekörper (3) und dem Ventilgehäuse (2) eingeklemmt oder eingespannt ist.
Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Dichtungselement (15) integral beispielsweise durch Sintern oder Vulkanisation mit der Ventilnadel (4) verbunden ist.
Nadelventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (15) lösbar zwischen zwei Teilen der Ventilnadel (4) montiert ist.
Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Teil der Antriebseinrichtung der Ventilnadel (4) in dem Ventilgehäuse auf der zu dem abgedichteten Bereich der Leitungskanäle (10, 11) entgegengesetzten Seite des Dichtungselements (15) befindet.
Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung einen pneumatischen Kolbenantrieb (5) oder einen elektromagnetischen Antrieb und/oder eine Spiralfeder (6) enthält.
Verwendung der Nadelventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Steuerung der Härterkomponente von 2K-Lacken oder für die Steuerung anderer Lackmedien für die Beschichtung von Werkstücken.