DE102008004708B4

DE102008004708B4 - Querschnitt-Weg-Dispenser

Info

Publication number: DE102008004708B4
Application number: DE200810004708
Authority: DE
Inventors: Erich Scheugenpflug
Original assignee: Scheugenpflug GmbH
Current assignee: Scheugenpflug GmbH
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: DE102008004708A1

Abstract

Bei einem Mikrodosierer (Durchmesser-Weg-Dispenser) wird die Auspressöffnung oder wahlweise eine separate Füllöffnung des Verdrängerraumes zum Füllen des Verdrängerraumes mittels Rückzugsbewegung des Verdrängerkolbens mit dem Reservoir des zu dosierenden Stoffes strömungstechnisch verbunden.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen Dosierer für fließfähige, insbesondere pastöse Stoffe in Form eines Querschnitt-Weg-Dispensers.
II. Technischer Hintergrund
Das exakte Dosieren derartiger Stoffe wird umso schwieriger, je höher die vorgegebene Genauigkeit der Dosierung ist und vor allem je kleiner die Absolutmenge, die dosiert werden soll, ist.
Insbesondere im Elektronikbereich müssen Harze und andere Stoffe als Vergussmaterialien für die Herstellung von Leuchtdioden und ähnlichem in der Größenordnung von teilweise unter 1 mm³ mit einer Genauigkeit von +/–1% bis 2% dosiert werden, da nur hierdurch z. B. eine vergossene LED auf einer Platine die gewünschte Außenwölbung und damit Linsenform erhält.
Mit den üblichen Druck-Zeit-Dispensern, bei denen die dosierte Menge sowohl von dem Beaufschlagungsdruck als auch der Öffnungszeit des Dispensers abhängt ist eine derart genaue Dosierung nicht möglich, zumal dort außer diesen beiden Parametern auch noch weitere Faktoren wie Viskosität, Füllstand, Temperatur und so weiter das dosierte Volumen beeinflussen.
Ein weiterer Nachteil der üblichen Dosiervorrichtungen besteht darin, dass sie häufig unter Ausnutzung einer Druckdifferenz, also mittels Überdruck oder Unterdruck, arbeiten und die Anpassung des dadurch zwangsweise vorhanden Druckniveaus auf das Druckniveau der späteren Anwendung, bei der die dosierte Paste oder Flüssigkeit verwendet wird, zusätzliche Probleme bereitet.
Als nachstreichender Stand der Technik zeigt die DE 27 42 248 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von fließfähigen Stoffen, bei der der Verdrängerraum, in dem das Dosiervolumen aufgenommen werden soll, aus einem Vorratsbehälter über eine Füllöffnung gefüllt wird, die jedoch nicht am Verdrängungsraum liegt, sondern weiter stromabwärts. Für das Ausdosieren wird diese Füllöffnung geschlossen, für das Füllen des Verdrängerraumes mittels Zurückziehen des Verdrängerkolbens wird die Füllöffnung geschlossen.
Aus der GB 2 086 995 A ist es ferner bekannt, das Nachfüllen aus dem Vorratsbehälter mittels Umgebungsdruck durchzuführen.
Aus der GB 741 902 ist darüber hinaus ein Dosierverfahren mit mehreren Verdrängerkolben bekannt.
Die DE 36 00 343 C2 zeigt weiterhin eine Dosiervorrichtung mit zwei nebeneinander liegenden Dosierzylindern, die über unterschiedliche Antriebe verfügen und somit unterschiedliche Mischungsverhältnisse des Zwei-Komponenten-Gemisches erzeugen können.
Aus der DE 27 59 056 C2 ist weiterhin eine Kolbenpumpe bekannt, bei der am Ende des Verdrängerraumes auf der einen Seite eine Ansaugöffnung und auf der anderen Seite eine Auspressöffnung angeordnet ist, die über ein jeweils in unterschiedliche Richtungen geschaltetes Einwegventil verschließbar ist sind.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum exakten Dosieren von Flüssigkeiten und insbesondere pastösen Stoffen zur Verfügung zu stellen, die exakt und vor allem störungsfrei arbeitet und dennoch einfach und kostengünstig herzustellen sowie zu justieren ist.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einem Querschnitt-Weg-Dispenser wie im vorliegenden Fall wird in einem Verdrängerraum ein dicht anliegender Verdrängerkolben von seiner hintersten Position nach vorne in Richtung Auspressöffnung verlagert.
Da der Verdrängerraum vorher vollständig mit dem zu dosierenden Stoff gefüllt war, wird dadurch eine Dosiermenge aus der Auspressöffnung des Verdrängerraumes ausgestoßen, die dem Querschnitt des Verdrängerraumes multipliziert mit dem Dosierweg des Verdrängerkolbens entspricht.
Das Problem bei derartigen Querschnitt-Weg-Dispensern besteht darin, den Verdrängerraum danach schnell und vollständig, also hohlraumfrei, mit dem zu dosierenden Stoff zu füllen, um eine schnelle Taktfolge des Dosierens aufrechterhalten zu können.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem eine Füllöffnung des Verdrängerraumes strömungstechnisch mit dem Reservoir des zu dosierenden Stoffes verbunden wird, wenn sich der Verdrängerkolben in seiner vordersten, der Auspressstellung, befindet und bevor er sich nach hinten verlagert.
Bei der anschließenden Rückwärtsbewegung des Kolbens fließt über die Füllöffnung der zu dosierende Stoff in den Verdrängerraum aufgrund der Schwerkraft nach. Sobald der Verdrängerkolben seine maximal zurückgezogene Stellung erreicht hat, die dem Dosierweg entspricht, wird die Verbindung von der Füllöffnung zum Reservoir des Stoffes geschlossen, so dass nunmehr wieder durch Vorwärtsbewegen des Verdrängerkolbens um den Dosierweg die gewünschte Dosiermenge aus der Auspressöffnung des Verdrängerraumes ausgestoßen werden kann.
Als Füllöffnung für den Verdrängerraum kann dabei auch die Auspressöffnung selbst verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Füllöffnung, insbesondere die Auspressöffnung, des Verdrängerraumes dabei so angeordnet, dass sie sich zumindest beim Befüllen des Verdrängerraumes innerhalb des Reservoirs des zu dosierenden Stoffes befindet.
Das strömungstechnische Verbinden des Verdrängerraumes mit dem Reservoir des Stoffes kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen:
Eine Möglichkeit besteht darin, den Verdrängerraum des darin geführten Verdrängerkolbens und dessen Antriebes quer zur Längserstreckung des Verdrängerraumes durch z. B. lineare Verschiebung oder Verschwenkung mit dem Reservoir in Verbindung zu bringen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Füllöffnung in dem Verdrängerraum, die immer mit dem Reservoir in Verbindung steht, durch Öffnen oder Schließen des Verbindungsweges vom Reservoir abzukoppeln oder verbunden zu halten.
Hierfür kann ein Verschlussschieber an der Füllöffnung ebenso verwendet werden wie ein anderes Verschlusselement, beispielsweise ein Sitzventil wie etwa ein Kugelventil.
Vorzugsweise ist das Verschlusselement dabei in Richtung auf die Füllöffnung vorgespannt.
Vorzugsweise wird – ja nach Vorgehensweise – die Relativbewegung des Verdrängerraumes bzw. die Bewegung des Verschlusselementes der Füllöffnung pneumatisch erfolgen. Falls eine steuerbare Bewegung gewünscht wird, wird hierfür ein steuerbarer Motor benutzt.
Die Bewegung des Verdrängerkolbens zum Aufziehen und Ausstoßen der zu dosierenden Menge wird entweder mittels eines Pneumatikkolbens bewirkt oder mittels eines in seiner Bewegung steuerbaren Motors.
In der Regel ist in einem Dosierer nicht nur ein Verdrängerraum mit einem Verdrängerkolben angeordnet, sondern derartige Dosiereinheiten mehrfach in Reihe nebeneinander liegend, wobei die Verdrängerkolben und Verdrängerräume vorzugsweise gleich gestaltet sind und insbesondere die Verdrängerkolben von einem gemeinsamen Antrieb um den gleichen Dosierweg bewegt werden.
Falls Gemische von zwei Komponenten dosiert werden sollen, können zwei Dosierer Rücken an Rücken angeordnet werden und die Auspressöffnungen zweier nebeneinander liegender Dosierzylinder der beiden Dosiereinheiten der gleichen Auslassöffnung, insbesondere Düse, zugeführt werden und insbesondere danach noch eine Mischvorrichtung wie etwa einen statischen Mischer in Form eines Mischrohres, durchlaufen.
Vorzugsweise werden die beiden Dosiereinheiten für die beiden Komponenten dabei mit dem gleichen Dosierweg gefahren und insbesondere deren Dosierkolben von einem gemeinsamen, die beiden Dosiereinheiten übergreifenden, Antrieb aus angetrieben.
Falls die beiden Komponenten unterschiedliche Dosiermengen benötigen, kann dies durch unterschiedliche Querschnitte der Verdrängerräume in den beiden Dosiereinheiten ausgeglichen werden.
Um an der Kontaktfläche, insbesondere zwischen Auslassplatte und Zylinderplatte, einen gleichmäßigen Abrieb zu erzielen, wird die Relativbewegung zwischen den beiden eine jeweils unterschiedliche, insbesondere exzentrische, kreisende oder linsenförmige Bewegung sein, die in jeweils eine andere Radialrichtung von der fluchtenden Stellung aus gerichtet ist, so dass nach einer bestimmten Anzahl von Relativbewegungen die jeweils gesamte Kontaktfläche von den jeweils anliegenden anderen Elementen überstrichen wurde.
Diese Vorgehensweise kann realisiert werden mit einer Dosiervorrichtung, bei der die Füllöffnung oder bei mehreren Verdrängerräumen alle Füllöffnungen aller Verdrängerräume über Verbindungsleitungen mit dem Reservoir des zu dosierenden Stoffes in Verbindung steht, die durch ein Verschlusselement, welches vorzugsweise direkt die Füllöffnung am Verdrängerraum verschließt und damit an jedem Verdrängerraum vorhanden ist, geschlossen werden kann.
Das Verschlusselement kann sich zwar auch beabstandet vom Verdrängerraum in der Verbindungsleitung befinden und insbesondere zentral für alle Verdrängerräume die Verbindung zum Reservoir unterbrechen, jedoch hat dies den Nachteil, dass dann in der Verbindungsleitung zum Verdrängerraum immer ein Todvolumen verbleibt, welches die Genauigkeit der Dosierbarkeit möglicherweise negativ beeinflusst.
In eine speziellen Ausführungsform ist in den Verdrängerräumen keine separate Füllöffnung vorhanden, sondern als Füllöffnung wird direkt die Auspressöffnung des Verdrängerraumes genutzt und zum Verbinden mit dem Reservoir wird die gesamte Zylinderplatte, in der sich der eine oder die mehreren Verdrängerräume befinden, relativ zu der Auslassplatte verlagert, die für die Auslassöffnung vorgesehen ist.
Die Verlagerung kann eine lineare Verfahrung, ein Verschwenken, Verdrehen oder jede andere Verlagerungsart sein.
Durch die Verlagerung gelangt die Auspressöffnung jedes Verdrängerraumes in der Zylinderplatte in strömungstechnische Verbindung zum Reservoir des Fluids, beispielsweise indem neben jeder Auslassöffnung in der Auslassplatte eine Nachlaufrinne angeordnet ist, in welche die Auspressöffnung der Zylinderplatte durch Verlagerung in Übereinstimmung gebracht werden kann, so dass in dieser Stellung ein Füllen des Verdrängerraumes durch Zurückziehen des Verdrängerkolbens aus dem Reservoir möglich wird.
Natürlich muss die Auslassplatte vor allem beim Ausstoßen der zu dosierenden Menge dicht an der Zylinderplatte anliegen, um dazwischen ein Austreten von zu dosierendem Stoff zuverlässig zu vermeiden.
Vorzugsweise ist das Reservoir des zu dosierenden Stoffes in einer oben offenen oder auch geschlossenen Wanne untergebracht, wobei sich Auslassplatte, Zylinderplatte einschließlich der darin geführten Bauteile in der Wanne befinden und zumindest die Kontaktfläche zwischen Auslassplatte und Zylinderplatte unterhalb des Füllstandes an zu dosierendem Stoff in der Wanne befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auslassplatte nicht nur mit dem Boden der Wanne fest verbunden, sonder mit diesem identisch.
Die Auslassöffnungen in der Auslassplatte sind vorzugsweise als Düsen ausgebildet.
Verdrängerräume und Verdrängerkolben sind vorzugsweise vertikal angeordnet, wobei die Auspressstellung die tiefste Stellung des Verdrängerkolbens ist, um die Schwerkraft beim Auspressen zusätzlich zu nutzen.
Die Dosiereinheit wird vorzugsweise bei Umgebungsdruck gefahren, je nach Anwendung und dem zu dosierendem Stoff jedoch auch in einer Unterdruck-Umgebung.
Zylinderplatte und Auslassplatte sind vorzugsweise gegeneinander vorgespannt, um ein dichtes Anliegen der beiden Elemente gegeneinander sicherzustellen.
In einer speziellen Ausführungsform ist die zum Reservoir hin offene Nachlaufrinne eine umlaufend, insbesondere kreisringförmig umlaufend um die Auspressöffnung angeordnete Rinne, so dass die gegeneinander anliegenden Kontaktflächen von Auslassplatte und Zylinderplatte vorzugsweise beide kreisringförmig gestaltet sind.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1a, b: eine erste Bauform des Mikrodosierers,
2a eine Detaildarstellung aus 1b,
2b–2d Teildarstellungen zu anderen Ausführungsformen des Mikrodosierers,
3 den Mikrodosierer für eine Zweikomponentenmischung, und
4a, b die Vorgehensweise für eine gleichmäßig abtragende Dichtfläche.
In den 1a, 1b und 2a ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querschnitt-Weg-Dispensers jeweils in Schnittzeichnungen dargestellt, was in 2a ersichtlich wird:
In einem Verdrängerraum 1 mit in einer Richtung konstantem, definiertem Querschnitt wird ein dicht in den Verdrängerraum 1 hineinpassender Verdrängerkolben 2 über einen definierten Dosierweg 21 hin und her bewegt.
Ist der Verdrängerraum dabei mit einem fließfähigem Stoff, beispielsweise einer Paste, vollständig gefüllt, wenn sich der Verdrängerkolben an der gegenüber der Auspressöffnung zurückgezogenen Position befindet, so wird durch das Verlagern des Verdrängerkolbens um den Dosierweg bis zu seiner vordersten Position ein definiertes Volumen aus der Auspressöffnung ausgepresst.
Aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit werden Verdrängerraum 1 und Verdrängerkolben 2 meist einen runden Querschnitt besitzen, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.
Ebenso ist in den Figuren der Verdrängerraum 1 vertikal stehend dargestellt, und der Verdrängerkolben 2 in der zurückgezogenen Position am höchsten Punkt seines Dosierweges, während die vorderste Position, die Auspressposition, den tiefsten Punkt des Dosierweges des Kolbens darstellt. Dies sind zur Ausnützung der Schwerkraft bevorzugte Anordnungen, die jedoch nicht zwingend eingehalten werden müssen.
Wie 2a zeigt, befindet sich der Verdrängerraum 1 in Form einer Durchgangsbohrung in einer Zylinderplatte 6. Unter der Zylinderplatte 6 liegt eine Auslassplatte 7 dicht an, in der sich der Auslass 8 befindet, der in 2a mit der Auspressöffnung 5 der Zylinderplatte 6 fluchtet, welche das untere Ende der Durchgangbohrung in der Zylinderplatte 6 darstellt.
Der Dosierweg 21, den der Verdrängerkolben 2 zwischen der rückwärtigen Position und der vordersten Position zurücklegt, ist kürzer als die axiale Länge des Verdrängerraumes 1 und damit kürzer als die Dicke der Zylinderplatte 6, so dass der Verdrängerkolben 2 im Betrieb des Dosierers die Zylinderplatte 6 nie verlässt. In der vordersten Position erreicht er dabei das vordere Ende der Durchgangsbohrung in der Zylinderplatte 6 so genau wie möglich, fährt jedoch nicht über dieses Ende hinaus.
In der Auslassplatte 7 kann sich der Querschnitt des Auslasses, der hier ebenfalls als Durchgangsbohrung ausgeführt ist, verjüngen, jedoch muss dies nicht der Fall sein.
Die Auslassplatte 7 kann ferner gleichzeitig der Boden 12a einer Wanne 12 sein, aus dem ein Rohrstück des Auslasses 8 nach unten vorsteht.
Durch die Querschnittsverengung im Auslass 8 entsteht eine Düse 3, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.
In der der Zylinderplatte zugewandten Oberseite der Auslassplatte 7 ist um einen Stellweg 22 in Querrichtung 11 versetzt neben dem Auslass 8 eine Nachlaufrinne 23 angeordnet, die in Blickrichtung der 2a in der Stirnfläche der Auslassplatte 7 frei endet.
Die Zylinderplatte 6 ist in Querrichtung 11 wenigstens um den Stellweg 22 relativ zur Auslassplatte 7 verschiebbar, so dass die Auspressöffnung 5 auch mit der Nachlaufrinne 23 in Fluchtung gebracht werden kann.
Wenn die Auspressöffnung 5 jedoch die in 2a dargestellte Stellung einnimmt, liegt sie wiederum mit ihrer Umgebung um die Auspressöffnung 5 dicht auf der Oberseite der Auslassplatte 7 wenigstens in der Umgebung um den Auslass 8 an. Die Auslassplatte 7 ihrerseits ist dagegen ortsfest, da identisch mit dem Boden 12a, angeordnet und demgegenüber nicht in Querrichtung 11 und vorzugsweise auch nicht in Kolbenrichtung 10 beweglich.
In 1b ist der Boden 12a einstückig zusammen mit der Auslassplatte 7 ausgebildet und vor allem sind sowohl in der Zylinderplatte 6 als auch in der Auslassplatte 7 mehrere Verdrängerräume 1a, b... mit den darin geführten Verdrängerkolben 2a, b... und entsprechenden Auspressöffnungen 5a, b... bzw. Auslässen 8a, b... nebeneinander in einem definierten Abstand angeordnet, wobei alle Verdrängerkolben 2a, b... gemeinsam von einem Dosierantrieb 14 angetrieben werden, der beispielsweise ein Pneumatikzylinder sein kann.
Soll die Bewegung des bzw. der Verdrängerkolben 2a, b... über den Dosierweg 21 dagegen eine gesteuerte Bewegung sein, um beispielsweise abhängig von der Viskosität des zu dosierenden Stoffes die Bewegung des Aufziehens oder des Ausstoßens mit einer definierten Beschleunigung, Endgeschwindigkeit usw. zu vollziehen, kann diese Bewegung auch durch einen gesteuerten Motor bewirkt werden.
Zu diesem Zweck ist gemäß 1b eine Kolbenplatte 24 von dem Dosierantrieb 14 in vertikaler Richtung angetrieben, wobei die Kolbenplatte 24 vertikal in seitlichen Dosierführungen 17 geführt ist.
Diese gesamte Dosiereinheit 13, also die Zylinderplatte 6, die darin laufenden Verdrängerkolben 2a, b... einschließlich der Kolbenplatte 24, an der sie befestigt sind und deren Dosierführungen 17 sowie der Dosierantrieb 14 müssen in Querrichtung 11 verfahrbar sein, um – wie anhand der 2d erläutert – die Auspressöffnungen 5a, b... der Verdrängerräume 1a, b... in Fluchtung mit der oder den Nachlaufrinnen 23 in der Oberseite der Auslassplatte 7 bringen zu können.
Zu diesem Zweck ist die gesamte Dosiereinheit 13 auf horizontalen Stellführungen 16 verschiebbar gelagert, und diese Verschiebebewebung um den Stellweg 22 wird von einem Stellantrieb 15 bewirkt, der ebenfalls wiederum entweder ein Pneumatikzylinder oder auch ein Motor, insbesondere ein gesteuerter Elektromotor, ist.
Wie die 1a und b zeigen, ist zumindest der untere Teil der Dosiereinheit 13 in einer Wanne 12 aufgenommen, deren Boden 12a vorzugsweise einstückig mit der Auslassplatte 7 ausgebildet ist, wobei das Innere der Wanne 12 bis über die Kontaktebene 25 zwischen Zylinderplatte 6 und Auslassplatte 7 hinweg mit dem zu dosierenden fließfähigen Stoff gefüllt ist und als Reservoir 20 dient, damit sichergestellt ist, dass die Nachlaufrinne 23 jederzeit und vollständig mit diesem Stoff gefüllt ist und darüber der zu dosierende Stoff im Verdrängerraum 1a, b... aufgezogen werden kann.
Die Stellführungen 16 befinden sich dabei – gemäß 1a – vorzugsweise auf den Oberseiten der Wände der Wanne 12, und auch die Stellführungen 16 befinden sich zwischen der Kolbenplatte 24 und der Oberkante einer Kolbenführungsplatte 26, die zumindest teilweise nach oben aus dem zu dosierenden Stoff in der Wanne 12 herausragt, und dicht auf der Oberseite der Zylinderplatte 6 aufsitzt, ggf. an der Berührungsebene zwischen Kolbenführungsplatte 26 und Zylinderplatte 6 gegenseitig abgedichtet um die einzelnen Bohrungen herum.
Das Reservoir 20, hier in Form der Wanne 12, kann nach oben hin auch abgedichtet sein, so dass dann im Inneren des Reservoirs ein definierter Druck, beispielsweise auch ein Unterdruck, eingestellt werden kann, was natürlich das Aufziehen des Stoffes in den Verdrängerraum erschwert, jedoch die Anpassung an das Druckniveau der später nachgeschalteten Anwendung des dosierten Stoffes erleichtert.
Ebenso kann der gesamte Dosierer in einem Raum mit definiertem Druck, etwa auch einem Unterdruck, angeordnet sein.
3 zeigt in Blickrichtung der 1a einen Dosierer zum Dosieren eines Gemisches aus zwei Komponenten, die frühestens beim Dosieren miteinander vermischt werden dürfen:
Dabei sind zwei Dosierer nebeneinander, also mit den Reihen von Verdrängerräumen 1, 1' in der Aufsicht betrachtet parallel neben einander, angeordnet mit getrennten Wannen 12' in denen sich die beiden Komponenten des zu mischenden und dosierenden Stoffes getrennt befinden.
Die Auslassplatte 7 geht dabei vorzugsweise als Boden 12a über beide Wannen 12, 12 durch oder die Böden sind durch ein entsprechendes Zwischenstück miteinander verbunden, und die jeweiligen Auslässe 8, 8' der zwei in den unterschiedlichen Dosierern benachbarten Auspressöffnungen der verschiedenen Komponenten sind in der gemeinsamen Bodenplatte oder dem Zwischenstück zusammen geführt zu einem gemeinsamen Auslass, der beispielsweise auch in einem üblichen, an dem Auslass angeordneten, vorzugsweise statischen, Mischrohr bestehen kann, in dem die Komponenten somit gemischt und damit sowohl exakt dosiert als auch durchmischt ausgegeben werden.
Die 2b bis d zeigen Lösungen, die sich von derjenigen der 2a dadurch unterscheiden, dass hier das Auspressen und Aufziehen des Stoffes nicht jeweils durch die gleiche Auspressöffnung 5 des Verdrängerraumes 1 vollzogen wird, sondern zum Aufziehen eine spezielle Füllöffnung 4 in der Begrenzungsfläche des Verdrängerraumes 1 vorhanden ist, die gemäß 2b in der Seitenwand des Verdrängerraumes 1 liegt, jedoch unmittelbar benachbart zu der Auspressöffnung 5.
Diese Füllöffnung 4 wird von einem separaten Verschlusselement wahlweise geöffnet oder verschlossen.
Die 2c und 2d stellen den Verdrängerraum 1 und das Verschlusselement in der Aufsicht, also betrachtet in der Kolbenrichtung 10, dar.
Dabei zeigt 2c als Verschlusselement einen Verschlussschieber 27, wie er auch in 2b dargestellt ist. Der Verschlussschieber 27 bewegt sich dabei in einer entsprechenden Ausnehmung der Zylinderplatte 6, die in Richtung des freien Endes des Verschlussschieber 27 weiter geht und vorzugsweise in der entsprechenden Stirnfläche der Zylinderplatte 6 mündet, sodass sie immer mit dem Reservoir 20 in Verbindung steht.
Nach Zurückziehen des Verschlussschieber 27 steht die Füllöffnung 4 somit mit dem Reservoir 20 in Verbindung, woraufhin der Verdrängerkolben 2 von seiner vordersten, in 2b angedeuteten, Auspressstellung sich zurückziehen kann in die Füllstellung und dabei den Verdrängerraum 1 mit dem zu dosierenden Stoff voll saugt.
Zu diesem Zweck ist vorzugsweise der Verdrängerkolben 1, insbesondere dessen vordere Stirnfläche, so gestaltet oder die vorderste Position, die Auspressposition, des Verdrängerkolbens 2 so festgelegt, dass auch in dieser Position der Verdrängerraum 1 Zugang zu der Füllöffnung 4 besitzt.
Beispielsweise kann die Stirnfläche des Verdrängerkolbens 2 abgeschrägt sein und mit ihrem vordersten Punkt fast die Kontaktebene 25 zwischen Zylinderplatte 6 und Auslassplatte 7 erreichen, während das höher liegende Ende der Stirnfläche auf der Seite der Füllöffnung 4 und oberhalb deren Ende liegt.
Der Vorteil dieser Bauform liegt darin, dass nicht die gesamte Zylinderplatte 6 einschließlich der darauf aufsitzenden Kolbenführungsplatte 26 usw., also die gesamte Dosiereinheit 13, in Querrichtung 11 oder überhaupt relativ zur Auslassplatte 8 bewegt werden muss, sondern lediglich der Verschlussschieber 27, der für mehrere Verdrängerräume 1a, b nebeneinander als kammartige Verschlussplatte ausgebildet sein kann und auf einfache Art und Weise betätigt werden kann.
Das Verschlusselement muss dabei weder ein Verschlussschieber sein noch überhaupt eine lineare Bewegung vollziehen. 2d zeigt als Verschlusselement eine Kugel oder ein Verschlusselement mit einer kugelsegmentförmigen Kontaktfläche, die gegen eine entsprechend geformte, also im Querschnitt runde, im Längsschnitt z. B. kegelförmige Füllöffnung 4' gedrückt werden kann.
Die Öffnungs- und Schließbewegung eines solchen Verschlusselementes kann dabei eine Linearbewegung in Querrichtung 11 sein oder auch eine Schwenkachse, die parallel zur Reihe der Verdrängerräume verläuft, aber quer zur Kolbenrichtung 10.
Auch jede andere Bewegung, die zum Öffnen und Schließen einer Füllöffnung führt, welche identisch mit der Auspressöffnung sein kann oder eine separate Füllöffnung im Verdrängerraum sein kann, ist möglich, sofern die Funktion des Öffnens und Schließens der Füllöffnung dadurch gewährleistet ist, und zumindest während des Ansaugens von zu dosierenden Stoff in den Verdrängerraum mit dem Reservoir 20 in Verbindung steht.
Immer dann jedoch, wenn zum Zwecke des Öffnens und Schließens der Füllöffnung 4 – wie bei der Lösung der 1 und 2a beispielsweise – entlang einer Kontaktebene zwei Körper wie etwa Zylinderplatte 6 und Auslassplatte 7 gleitend aneinander entlang bewegt werden, kommt es an den Kontaktflächen dieser beiden Körper mit der Zeit zu einem Materialabtrag durch die Abrasivwirkung des zwangsweise dazwischen eindringenden, zu dosierenden Stoffes, die umso stärker ausfällt, je abrasiver die Partikel des Füllstoffes der zu dosierenden Paste sind.
Dieser Materialabtrag kann sehr schnell zu einer Undichtigkeit zwischen Zylinderplatte 6 und Auslassplatte 7 um die Auspressöffnung 8 herum führen und damit das Dosierungsergebnis negativ beeinflussen.
4 zeigt eine Lösung, wie der Materialabtrag an den gegeneinander vorgespannten Bauteilen, hier Zylinderplatte 6 und Auslassplatte 7, zwar nicht vermieden werden kann, jedoch egalisiert wird und dadurch eine Undichtigkeit vermieden wird.
Dabei ist die Nachlaufrinne 23 gemäß 4b eine ringförmig im konstanten Abstand um die Auspressöffnung 8 umlaufende Rinne, die beispielsweise an den beidseitigen Stirnflächen der Auslassplatte 7 offen in diesen Stirnflächen mündet und dort mit dem Reservoir 20 des zu dosierenden Stoffes in Verbindung steht.
Dadurch entsteht eine ringförmig um den Auslass 8 herum verlaufende Kontaktfläche 28 auf der Oberseite der Auslassplatte 7.
Ebenso kann die Kontaktfläche 28' um die Auspressöffnung 5 in der Zylinderplatte 6 ringförmig ausgebildet sein, indem die weiter beabstandeten Bereiche der Unterseite der Zylinderplatte 6 demgegenüber zurückversetzt sind.
Das Ziel besteht darin, die eine oder insbesondere die beiden z. B. ringförmigen Kontaktflächen 28, 28' einem gleichmäßigen, randfreien Materialabtrag durch die Abrasivwirkung der unweigerlich dazwischen gelangenden abrasiven Partikel des zu dosierenden Stoffes zu erreichen.
Der Materialabtrag ist dabei so gering, dass er mit herkömmlichen Messmethoden zu keiner feststellbaren Verringerung der axialen Länge des Verdrängerraumes 1 und damit Veränderung des Dosiervolumens führt, durch die Vorspannung in Kolbenrichtung 10 der beiden Platten 6, 7 gegeneinander wird jedoch auch bei bereits erfolgtem Materialabtrag die Dichtigkeit der beiden Kontaktflächen 28, 28' gegeneinander beibehalten und sogar verbessert, indem sich die beiden Kontaktflächen wechselseitig wie bei einem Läppvorgang in ihrer Form anpassen und einschleifen.
Zu diesem Zweck wird die Relativbewegung der Platten 6, 7 in Form des Stellweges 22, also von der Mitte des Auslasse 8 zur Mitte der ringförmigen Nachlaufrinne 23, nicht auf immer dem gleichen Weg durchgeführt, sondern – falls es eine rein radiale Vor- und Zurückbewegung als Dosierweg 21 ist – die Radialrichtung schrittweise geändert, so dass mittels eines radialen Dosierweges 21 nacheinander die gesamte ringförmige Kontaktfläche 28 auf der Auslassplatte 7 und/oder der Kontaktfläche 28' auf der Zylinderplatte 6 überstrichen wird, je nachdem welche von beiden ringförmig ausgebildet sind.
Statt eines rein radialen Stellweges 22 können auch keulenförmige Stellwege 22' und kreisringförmige Stellwege 22'' vorgesehen werden, wobei jedoch jeweils vorzugsweise immer der radial äußerste Punkt des Stellweges die Mitte der Nachlaufrinne 23 ist.
Die Vorspannung der Platten 6, 7 gegeneinander kann dabei auch allein in der Gewichtskraft der oberen Platte, also der Zylinderplatte 6 sowie der darauf lastenden weiteren Bauteile, sein.
Bezugszeichenliste

1: Verdrängerraum
2: Verdrängerkolben
3: Düse
4: Füllöffnung
5: Auspressöffnung
6: Zylinderplatte
7: Auslassplatte
8a, b: Auslass
9: Düsenrohr
10: Kolbenrichtung
11: Querrichtung
12: Wanne
12a: Boden
13: Dosiereinheit
14: Dosierantrieb
15: Stellenantrieb
16: Stellführungen
17: Dosierführungen
18: Aufziehstellung
19: Auspressstellung
20: Reservoir
21: Dosierweg
22: Stellweg
23: Nachlaufrinne
24: Kolbenplatte
25: Kontaktebene
26: Kolbenführungsplatte
27: Verschlussschieber
28: Kontaktfläche

Claims

Verfahren zum Dosieren von fließfähigen, insbesondere pastösen Stoffen, indem – in einem Verdrängerraum (1) mindestens die zu dosierende Menge aufgenommen wird, – zum Dosieren die gewünschte Menge des aufgenommenen Stoffes durch Verlagern eines Verdrängerkolbens (2) im Verdrängerraum (1) durch eine Auspressöffnung (5) des Verdrängerraumes (1) ausgepresst wird, insbesondere über eine damit in Verbindung stehende Düse (3), wobei der Stoff im Verdrängerraum (1) aufgenommen wird, indem – eine Füllöffnung (4) des Verdrängerraumes (1) mit dem Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes strömungstechnisch verbunden wird, – anschließend der Verdrängerkolben (2) in die Ausgangslage innerhalb des Verdrängerraumes (1) zurückbewegt, insbesondere hochgezogen wird und dadurch der Stoff in den Verdrängerraum (1) nachfließt, – die strömungstechnische Verbindung des Verdrängerraumes (1) mit dem Reservoir (20) geschlossen wird, bevor der Verdrängungskolben (2) in Richtung Auspressöffnung bewegt wird. dadurch gekennzeichnet, dass die strömungstechnische Verbindung mit dem Reservoir (20) durch Bewegung des Verdrängerraumes (1) einschließlich des darin geführten Verdrängerkolbens (2) quer zu seiner Längserstreckung durch lineare Verschiebung oder Verschwenkung relativ zur Auspressdüse (5), die in einer Auslassplatte (7) angeordnet sein kann, insbesondere in Querrichtung (11) zu deren Längsachse, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfließen aufgrund Schwerkraft oder Überdruck erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllöffnung (4) die Auspressöffnung (5a, 5b) selbst verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Füllöffnung (4), insbesondere Auspressöffnung (5a, 5b) des Verdrängerraumes (1) zumindest beim Befüllen des Verdrängerraumes (1) sich innerhalb des Reservoirs (20) und in dem Fluid befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der Füllöffnung (4) durch Verfahren eines Schiebers (27) quer vor die Füllöffnung (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Füllöffnung (4) der Verdrängerraum (1) und der die Füllöffnung (4) verschließende Verschlussschieber (27) relativ zueinander beim Öffnen und Schließen auf wechselnden Bewegungsbahnen bewegt werden, sodass nacheinander die gesamte Kontaktfläche (28) um die Füllöffnung (4) herum sowie am Verschlusselement überlaufen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (27) in Richtung auf die Füllöffnung (4) vorgespannt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung des Verdrängerraumes (1) und des seine Füllöffnung (4) verschließenden Verschlusselementes (27) pneumatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung des Verdrängerraumes (1) und des seine Füllöffnung (4) verschließenden Verschlusselementes (27) steuerbar ist, insbesondere mittels eines steuerbaren Motors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere nebeneinander liegende Verdrängerräume (1) und Verdrängerkolben (2) gemeinsam betätigt werden, insbesondere aufgezogen, entleert sowie deren Füllöffnungen (4) geöffnet und verschlossen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspressöffnungen (5a, 5b) zweier nebeneinander liegender Dosierzylinder der gleichen Düse (3) zugeführt werden und insbesondere zwischen den Auspressöffnungen (5a, 5b) und der Düse (3) eine Mischvorrichtung durchlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dosieren der beiden Komponenten eines Zweikomponentengemisches zwei nebeneinander liegende Dosiereinheiten (13) mit gleichem Hub, jedoch unterschiedlichen Querschnitten gemeinsam betätigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Dosieren der beiden flüssigen oder pastösen Komponenten eines Zweikomponentengemisches zwei nebeneinander liegenden Dosiereinheiten (13) mit gleichem Querschnitt, jedoch unterschiedlichem Hub betätigt werden.
Vorrichtung (13) zum Dosieren von fließfähigen, insbesondere pastösen, Stoffen mit, – wenigstens einem Verdrängerraum (1) und einem darin verfahrbaren, dicht anliegenden Verdrängerkolben (2), die insbesondere mehrfach nebeneinander in einer Zylinderplatte (6) angeordnet sind, – wobei die Verdrängerräume (1) an den von den Verdrängerkolben (2) abgewandten Enden jeweils eine Auspressöffnung (5) aufweisen, – jeweils einer Füllöffnung (4) in jedem Verdrängerraum (1) auf der vom Verdrängerkolben (2) abgewandten Ende, welche von einem Verschlusselement verschließbar ist, – die Füllöffnung (4) über eine Verbindungsleitung mit dem Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes in Verbindung bringbar ist. dadurch gekennzeichnet, dass – die Füllöffnungen (4) die Auspressöffnungen (5) sind und das Verschlusselement eine über mehrere, insbesondere alle, Auspressöffnungen (5a, 5b) durchgehende Auslassplatte (7) ist, in der Auslässe (8), insbesondere als Durchgangsbohrungen ausgebildet, entsprechend dem Abstand und der Anzahl der Auspressöffnungen (5) der Verdrängerräume (1) vorhanden sind, – die Auslassplatte (7) dicht an der Zylinderplatte (6), in der sich die Verdrängerräume (1) befinden, anliegt, – die Zylinderplatte (6) aus der Auspressstellung (19), in der die Auslässe (8) mit den Auspressöffnungen (5) fluchten, verlagerbar ist in eine Füllstellung, in der die Auspressöffnungen (5) mit dem Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes mittels der Auslassplatte (7) strömungstechnisch verbunden sind, – in der Auslassplatte (7) neben den Auslässen (8) zum Rand der Auslassplatte (7) hin offene Füllrinnen (23) mit dem Abstand und der Anzahl der Auspressöffnungen (5) vorhanden sind und die Kontaktfläche zwischen der Auslassplatte (7) und der Zylinderplatte (6) sich im Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes befindet.
Vorrichtung (13) zum Dosieren von fließfähigen, insbesondere pastösen, Stoffen mit, – wenigstens einem Verdrängerraum (1) und einem darin verfahrbaren, dicht anliegenden Verdrängerkolben (2), die insbesondere mehrfach nebeneinander in einer Zylinderplatte (6) angeordnet sind, – wobei die Verdrängerräume (1) an den von den Verdrängerkolben (2) abgewandten Enden jeweils eine Auspressöffnung (5) aufweisen, – jeweils einer Füllöffnung (4) an der Auspressöffnung (5) in jedem Verdrängerraum (1) auf der vom Verdrängerkolben (2) abgewandten Ende, welche von einem Verschlusselement verschließbar ist, – die Füllöffnung (4) über eine Verbindungsleitung mit dem Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes in Verbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Füllöffnung (4) in der Begrenzungsfläche des Verdrängerraumes (1) unmittelbar benachbart zu der Auspressöffnung (5) angeordnet ist, – die Füllöffnung (4) von einem separaten Verschlusselement, insbesondere einem Verschlussschieber (27), geöffnet und verschlossen werden kann und – der Verdrängerkolben (2) so gestaltet ist oder die vorderste Auspressposition des Verdrängerkolbens (2) so festgelegt ist, dass auch in dieser Position der Verdrängerraum (1) Zugang zu der Füllöffnung (4) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllöffnung (4) gleichzeitig die Auspressöffnung (5a, 5b) ist und die Zylinderplatte (6) relativ zur Auslassplatte (7) aus der zur Auslassöffnung (5a, 5b) fluchtenden Lage verlagerbar und mit einer Verbindungsleitung zum Reservoir (20) des Fluids in Verbindung bringbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren nebeneinander angeordneten Verdrängerräumen (1) die Verschlusselemente für alle Füllöffnungen (4) gemeinsam zum Öffnen und Schließen der Füllöffnungen (4) angetrieben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren nebeneinander angeordneten Verdrängerräumen (1) in der Auslassplatte (7) Auslassöffnungen (4) angeordnet sind, deren Abstand dem gegenseitigen Abstand der Verdrängerräume (1) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (28) der Auslassplatte (7) und/oder der Zylinderplatte (6) eben sind und die Relativbewegung zwischen den beiden jeweils eine unterschiedliche, insbesondere exzentrische, kreisende oder linsenförmige Bewegung in der Kontaktebene (25) vollzieht, so dass nach einer bestimmten Anzahl von Relativbewegungen die jeweils gesamte Kontaktfläche (25) von dem jeweils anliegenden anderen Element überstrichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (20) des zu dosierenden Stoffes eine Wanne (12) ist, in der Auslassplatte (7), Zylinderplatte (6), Verdrängerkolben (2) so wie deren Antriebseinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassplatte (7) fest am Boden der Wanne (12) angeordnet ist, insbesondere mit diesem identisch ist, und die Auslässe der Auslassplatte (7), insbesondere daran befestigte Düsen (3), den Boden nach außen durchdringen und aus dem Boden außen vorstehen und die Zylinderplatte (6) mit den darin geführten Verdrängerkolben (2) relativ zur Auslassplatte (7) in der Wanne (12) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (20) nach oben offen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerräume (1) und Verdrängerkolben (2) vertikal angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dosiereinheiten (13) nebeneinander, insbesondere zwei Reihen von Dosiereinheiten (13) nebeneinander liegend, insbesondere in getrennten Reservoirs (20) liegend zum Herstellen eines Zweikomponentengemisches verwendet werden, indem jeweils die Auslässe (8) aus zwei verschieden Reservoirs (20) über einen Mischer mit einer Düse (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Zylinderplatte (6) und Auslassplatte (7) gegeneinander vorgespannt sind, wenigstens mit Hilfe der auf das oben liegende Element einwirkenden Schwerkraft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung eine zur Seite der Auslassplatte (7) hin offene Rinne (23) ist und die Auslassplatte (7), insbesondere auch die Zylinderplatte (6), im Reservoir (20) des Fluids unterhalb des Fluidspiegels angeordnet sind und lediglich das Düsenrohr (9) abgedichtet aus dem Reservoir (20) vorsteht.