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Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Dosieren von fließfähigen Mehrkomponentenmaterialien, insbesondere für die Klebe und Spritztechnik, wobei die Ventilvorrichtung eine Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse, einem ersten Ventilkolben und zumindest einem zweiten Ventilkolben aufweist, wobei der erste Ventilkolben und der zweite Ventilkolben im Ventilgehäuse angeordnet und jeweils relativ zu dem Ventilgehäuse bewegbar ausgebildet ist, derart, dass eine erste Kammer für eine erste Komponente und eine zweite Kammer für eine zweite Komponente jeweils gegenüber einer Austrittskammer absperrbar ist.
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Aus der Klebe- und Spritztechnik sind eine Reihe von Ventilvorrichtungen bekannt, die zum Dosieren von auszubringenden Materialen dienen. Die Ventilvorrichtungen können beispielsweise in einer Spritzpistole zum Versprühen von Lacken oder auch in einer Dosiervorrichtung zum Ausbringen von Klebermasse angeordnet bzw. ausgebildet sein. Insbesondere wenn die verwendeten Materialen aus mehreren Komponenten, wie zum Beispiel einer Komponente als Harter bestehen, ist es erforderlich, die Komponenten unmittelbar vor dem Verspritzen bzw. Ausbringen in dem gewünschten Verhältnis zu vermischen. Dazu ist es bekannt für jeweils eine Komponente eine Ventileinrichtung vorzusehen, mit der die betreffende Komponente dosiert werden kann. Beispielsweise sind im Falle eines Zweikomponentenmaterials zwei Ventileinrichtungen erforderlich die jeweils eine Durchflussmenge der Komponenten bzw. einen Leitungsdruck zur Förderung der Komponenten steuern. Den Ventileinrichtungen nachgeschaltet ist in der Regel ein Mischer in dem die betreffenden Komponenten vereinigt und gemischt werden. Die Ventileinrichtungen sind dabei regelmäßig in einem relativ großen Abstand von dem Mischer bzw. der Stelle an der die Komponenten vereinigt werden, entfernt positioniert. So können die Ventileinrichtungen unmittelbar an jeweils den Komponenten zugeordneten Pumpen angebracht und mit jeweils einer Zuführleitung mit dem Mischer oder auch einem Dosierventil einer Spritzpistole zum Vermischen der Komponenten verbunden sein.
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist es nachteilig, dass sich aufgrund der unterschiedlichen Kompressibilitäten der Komponenten von einem Sollwert abweichende Mischungsverhältnisse ergeben. Beim Öffnen der Ventileinrichtungen wird in der Regel von einer der Komponenten immer etwas mehr als erforderlich gefördert, dass heißt aufgrund der Kompressibilität der betreffenden Komponente fließt zunächst eine etwas größere Materialmenge aus der Ventileinrichtung der Komponente hervor, als aus der Ventileinrichtung der weniger kompressiblen Komponente. Der gleiche, negative Effekt ergibt sich durch eine Verwendung von langen Leitungsstrecken zwischen den jeweiligen Ventileinrichtungen und einem Mischer bzw. einer Düse. Dies hat zur Folge, dass bei Beginn eines Spritz- oder Klebevorgangs das Mischungsverhältnis der Komponenten von dem vorgesehenen Sollwert abweicht. Auch durch die Verwendung eines Mischers kann dieser Fehler nicht befriedigend kompensiert werden. Dies hat zur Folge, dass die Komponenten zu Beginn einer sogenannten Mischstrecke nicht optimal vernetzen. Insbesondere bei kurzen Intervallen bzw. Mischstrecken ist dies besonders nachteilig und beispielsweise bei lackierten Flächen sogar visuell erkennbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilvorrichtung vorzuschlagen, die eine verbesserte Dosierung von Mehrkomponentenmaterialen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zum Dosieren von fließfähigen Mehrkomponentenmaterialen, insbesondere für die Klebe- und Spritztechnik, weist eine Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse, einem ersten Ventilkolben und zumindest einem zweiten Ventilkolben auf, wobei der erste Ventilkolben und der zweite Ventilkolben im Ventilgehäuse angeordnet und jeweils relativ zu dem Ventilgehäuse bewegbar ausgebildet ist, derart, dass eine erste Kammer für eine erste Komponente und eine zweite Kammer für eine zweite Komponente jeweils gegenüber einer Austrittskammer absperrbar ist.
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Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Dosiersystemen ist nach der Erfindung eine einzelne Ventileinrichtung für sämtliche Komponenten vorgesehen. Die Mischung der Komponenten erfolgt hierbei unmittelbar in bzw. nachfolgend der Ventileinrichtung. Dadurch, dass die Komponenten in der Austrittskammer zusammengeführt werden können, kann eine unmittelbare Mischung der Komponenten nach Austritt aus den jeweiligen, innen zugehörigen Kammern erfolgen. Eine Weiterleitung der Komponenten durch jeweils zugeordnete Leitungsabschnitte bis hin zu einem Mischer ist demnach nicht vorgesehen. So kann verhindert werden, dass sich bedingt durch die Kompressibilität der Komponenten in den Leitungsabschnitten abweichende Mischungsverhältnisse ergeben. Auch dadurch, dass die jeweiligen Ventilkolben zusammen in einem Ventilgehäuse angeordnet sind, wird es ermöglicht, unterschiedliche Kompressibilitäten von Komponenten zu berücksichtigen. Auch ist es nicht mehr notwendig mehrere Ventilvorrichtungen vorzusehen, da alle Komponenten mit einer einzigen Ventilvorrichtung dosiert werden können. Folglich können auch die Herstellungskosten einer Anlage zum Kleben oder Spritzen verringert werden.
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Vorteilhaft kann das Ventilgehäuse einen ersten Ventilsitz für den ersten Ventilkolben ausbilden. Der erste Ventilkolben kann dann zusammen mit dem Ventilgehäuse ein Dosierventil für die erste Komponente ausbilden.
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Weiter kann der erste Ventilkolben einen zweiten Ventilsitz für den zweiten Ventilkolben ausbilden. Der erste Ventilkolben kann so zusammen mit dem zweiten Ventilkolben ein Dosierventil für die zweite Komponente ausbilden. Folglich wird es so möglich, den zweiten Ventilkolben relativ zum Ventilgehäuse unabhängig vom ersten Ventilkolben bzw. den ersten Ventilkolben relativ zum Ventilgehäuse und relativ zur Position des zweiten Ventilkolbens zu bewegen, und damit eine Ventilöffnung des zweiten Ventilkolbens am zweiten Ventilsitz mit zu beeinflussen. Weiter können auch beide Ventilkolben mit einem Zeitversatz in einer Abfolge, vollkommen unabhängig von einander mit unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten und mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten bewegt bzw. positioniert werden. So wird es möglich durch die vorgenannten Parameter unterschiedliche Kompressibilitäten der Komponenten zu berücksichtigen. Beispielsweise kann ein Vorschießen einer Komponente dadurch kompensiert werden, dass der betreffende Ventilkolben der Komponente gegenüber dem Ventilkolben der anderen Komponente zeitverzögert oder mit reduzierter Geschwindigkeit geöffnet wird.
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Weiter kann das Ventilgehäuse einen weiteren Ventilsitz für den zweiten Ventilkolben ausbilden. Dass heißt der zweite Ventilkolben kann unabhängig vom ersten Ventilkolben im Ventilgehäuse angeordnet sein, sodass der zweite Ventilkolben und das Ventilgehäuse zusammen ein Dosierventil für die zweite Komponente bilden. Weiter ist es jedoch auch möglich, dass neben dem im ersten Ventilkolben ausgebildeten zweiten Ventilsitz für den zweiten Ventilkolben ein weiterer Ventilsitz für diesen zweiten Kolben im Ventilgehäuse ausgebildet ist. So kann durch eine Relativbewegung des zweiten Ventilkolbens zum Ventilgehäuse gleichzeitig eine Relativbewegung zum ersten Ventilkolben durchgeführt werden. Die erste Komponente kann dann beispielsweise auch in Abhängigkeit der Stellung des zweiten Ventilkolbens dosiert werden. Insgesamt besteht so die Möglichkeit einer gegenseitigen Einflussnahme der so ausgebildeten Dosierventile.
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Die Ventilvorrichtung wird besonders einfach ausbildbar, wenn die Ventilkolben relativ zueinander koaxial und im Ventilgehäuse verschiebbar angeordnet sind. Beispielsweise kann der zweite Ventilkolben innerhalb des ersten Ventilkolbens verschiebbar angeordnet sein.
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Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Kammern koaxial relativ zu den Ventilkolben ausgebildet sind. So können die Kammern jeweils zwischen dem ersten Ventilkolben und dem Ventilgehäuse bzw. zwischen dem ersten Ventilkolben und dem zweiten Ventilkolben ausgebildet sein.
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Im Hinblick auf eine Dosierung viskoser Medien ist es besonders vorteilhaft, wenn der Ventilkolben eine konische Dichtfläche ausbildet. Eine konische Dichtfläche ermöglicht einen guten Durchfluss eines viskosen Mediums sowie gleichzeitig eine gute Abdichtung des betreffenden Ventilsitzes. Insgesamt kann alleine einer der Ventilkolben oder aber auch alle Ventilkolben eine konische Dichtfläche ausbilden.
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Eine Dosiergenauigkeit kann noch weiter verbessert werden, wenn der Ventilkolben eine rückwärtige Dichtfläche ausbildet, derart, dass mittels einer Bewegung des Ventilkolbens entgegen einer Fließrichtung der zugehörigen Komponente ein Durchflussspalt verschließbar ist. Bei einer Schließbewegung des Ventilkolbens in Richtung einer Fließrichtung der betreffenden Komponente gegen einen Ventilsitz kann Material der Komponente von dem zugehörigen Ventilkolben in die Austrittskammer gedrückt werden. Folglich kann am Ventilkolben ein unerwünschter Materialrest zurückbleiben, der nicht für eine Passage des Durchflussspaltes zwischen einer der Kammern und der Austrittskammer vorgesehen war. Eine Ausbildung der rückwärtigen Dichtfläche verhindert diesen Effekt, da das betreffende Material bei einer Bewegung des Ventilkolbens entgegen einer Fließrichtung aus dem Durchflussspalt heraus in die die betreffende Kammer zurück gedrückt wird, ohne dass wesentliche Materialmengen in die Austrittskammer gelangen können.
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Auch kann die Ventilvorrichtung eine Antriebseinrichtung umfassen, wobei mittels der Antriebseinrichtung die Ventilkolben unabhängig voneinander bewegbar sein können. Eine unabhängige Bewegung der Ventilkolben kann, wie vorbeschrieben bereits ausgeführt, das Vorschießen einer Komponente wirkungsvoll herhindern.
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Die Antriebseinrichtung kann aus einem ersten Linearantrieb und einem zweiten Linearantrieb gebildet sein, wobei jeweils ein Linearantrieb mit einem Ventilkolben verbunden sein kann. Linearantriebe eignen sich besonders gut zur Betätigung von Kolben. Die hier verwendeten Linearantriebe können beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigbar sein. Auch wird insbesondere durch die Verwendung zweier Linearantriebe ein unabhängiger Antrieb der Ventilkolben ermöglicht. Es ist jedoch auch möglich die Linearantriebe mechanisch, elektrisch oder sensorisch aneinander zu koppeln, um eine zeitversetzte bzw. verzögerte Öffnung der betreffenden Durchflussventile bewirken zu können.
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Die Ventilvorrichtung kann auch eine Steuereinrichtung umfassen, wobei mittels der Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung steuerbar sein kann. Mit einer Steuereinrichtung kann eine unabhängige Öffnung der Ventilkolben über die Antriebseinrichtung beeinflusst werden. So kann eine Öffnung der Ventilkolben besonders einfach an die jeweiligen Kompressibilitäten der aktuell verwendeten Komponenten angepasst werden. Bei einem Wechsel der Komponenten bzw. der zu verarbeitenden Materialen genügt eine einfache Einstellung der Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann als eine Datenverarbeitungsanlage in Art eines Computers ausgebildet sein. So können in der Steuereinrichtung bereits bekannte Materialien und deren Kompressibilitäten gespeichert sein.
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Die Steuereinrichtung kann noch weiter verbessert werden, wenn für jede Komponente ein Durchflussmengenmesser vorgesehen ist, wobei dann die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von gemessenen Durchflussmengen steuerbar ist. Eine Öffnung der Dosierventile bzw. Ventilkolben kann dann in Abhängigkeit einer Durchflussmenge geregelt werden. Umgekehrt kann dann eine gewünschte Durchflussmenge für die jeweilige Komponente über die Dosierventile besonders genau eingestellt bzw. geregelt werden, da die Steuereinrichtung von den jeweiligen Durchflussmengenmessern eine Rückmeldung über eine tatsächliche Durchflussmenge erhält.
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Wenn die Ventileinrichtung relativ zur Antriebseinrichtung um mindestens das Zehnfache ihrer Ventilgehäusebreite beabstandet ausgebildet ist, kann die Ventilvorrichtung als eine Dosiervorrichtung zum Dosieren und Ausbringen von Klebermaterial ausgebildet sein. Hier ist es erforderlich, dass die Austrittskammer bzw. die Düse, an der das Klebermaterial aus der Dosiervorrichtung austritt, dicht an dem Ventilkörper angeordnet ist, damit nicht schon innerhalb einer Ventilleitung der Ventilvorrichtung bzw. Dosiervorrichtung eine Reaktion der Komponenten erfolgt. Da ein Bauraum für die Düse bzw. die der Ventilkolben zu Gunsten der Handhabbarkeit der Ventilvorrichtung relativ begrenzt ist, ist es vorteilhaft, wenn die Antriebseinrichtung von der Ventileinrichtung in einem großen Abstand ausgebildet ist. Die Ventileinrichtung kann so auch besonders schmal, stab- oder rohrförmig ausgebildet werden. So kann ein Ausbringen von Klebermasse auf schwer zugänglichen Stellen eines Werkstücks erleichtert werden.
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Um eine Vermischung der betreffenden Komponenten zu erleichtern, kann unmittelbar nachfolgend der Austrittskammer ein statischer Mischer angeordnet sein. Ein statischer Mischer kann eine Mischkammer umfassen, die von den betreffenden Komponenten passiert wird, wobei es zu einer innigen Vermischung der Komponenten kommt.
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Im Folgenden wird die Erfindung in Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
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1a bis 1c: Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ventileinrichtung in einer Bewegungsabfolge;
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2: eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung;
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3: eine Ausführungsform einer Ventilvorrichtung in einer Längsschnittansicht.
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Die 1a bis 1c zeigen eine Ventileinrichtung 10 einer nicht näher dargestellten Ventilvorrichtung in einer schematischen Darstellung. Die Ventileinrichtung 10 ist im Wesentlichen aus einem ersten Ventilkolben 11, einem zweiten Ventilkolben 12 und einem Ventilgehäuse 13 gebildet. Der erste Ventilkolben 11 ist koaxial zum zweiten Ventilkolben 12 angeordnet, wobei beide Ventilkolben 11 und 12 wiederum längsbeweglich entlang einer gemeinsamen Längsachse 14 im Ventilgehäuse 13 angeordnet sind. Innerhalb dem Ventilgehäuse 13 ist eine konzentrische erste Kammer 15 zwischen dem Ventilgehäuse 13 und dem ersten Ventilkolben 11 ausgebildet. Innerhalb dem ersten Ventilkolben 11 ist ebenfalls eine zweite konzentrische Kammer 16 zwischen dem ersten Ventilkolben 11 und dem zweiten Ventilkolben 12 ausgebildet. Die erste Kammer 15 ist über einen ersten Zuführkanal 17 und die zweite Kammer 16 über einen zweiten Zuführkanal 18 jeweils mit einer hier nicht näher dargestellten Pumpe zur Förderung einer ersten bzw. zweiten, hier ebenfalls nicht dargestellten Komponente verbunden. Demnach sind die erste Kammer 15 und die zweite Kammer 16 mit den jeweils zugehörigen Komponentenmaterialen befüllt und mit einem Pumpenförderdruck beaufschlagt. Den Pumpenförderdruck ist an einem unteren Ende 19 einer Austrittskammer 20 ausgebildet, welche mit der ersten Kammer 15 und/oder zweiten Kammer 16 verbindbar ist bzw. kommunizieren kann. Nachfolgend der Austrittskammer 20 ist ein hier nicht näher dargestellter, statischer Mischer unmittelbar an diese angeschlossen.
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1a zeigt eine Schließstellung des ersten Ventilkolbens 11 und des zweiten Ventilkolbens 12. Insbesondere der erste Ventilkolben 11 bildet eine konische Dichtfläche 21 aus, welche dichtend an einer übereinstimmend ausgebildeten Dichtfläche 22 des Ventilgehäuses 13 anliegt. Das Ventilgehäuse 13 bildet so einen ersten Ventilsitz 23 für den ersten Ventilkolben 11 aus. Weiter bildet der erste Ventilkolben 11 einen zweiten Ventilsitz 24 für den zweiten Ventilkolben 12, welcher in Art eines Rundstabs ausgebildet ist, aus. Der zweite Ventilkolben 12 kann mit einem unteren Ende 25 eine relativ zum zweiten Ventilkolben 12 übereinstimmend ausgebildete Öffnung 26 im ersten Ventilkolben 11 verschließen. Es ist im Ventilgehäuse 13 eine ebensolche Öffnung 27 ausgebildet, die vom zweiten Ventilkolben 12 ebenfalls verschlossen werden kann. Das Ventilgehäuse 13 bildet somit einen weiteren Ventilsitz 28 für den zweiten Ventilkolben 12 aus.
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Ein Ausbringen und Vermischen der Komponenten erfolgt, wie in 1b abgebildet, zunächst durch eine Bewegung des zweiten Ventilkolbens 12 entlang der Längsachse 14 in Richtung des Pfeils 29, derart, dass die zweite Kammer 16 mit der Austrittskammer 20 verbunden ist und die zweite Komponente in Richtung der Austrittskammer 20 fließen kann.
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Mit einer sehr kurzen, zeitlichen Verzögerung wird gemäß 1c der erste Ventilkolben 11 entlang der Längsachse 14 in Richtung eines Pfeils 30 bewegt, sodass durch jeweils Bildung eines Durchflussspaltes 31 und 32 die erste und die zweite Komponente gleichzeitig in die Austrittskammer 20 einströmen und diese in Richtung eines Pfeils 33 verlassen können. Bei der Bewegung des ersten Ventilkolbens 11 erfolgt demnach ebenfalls eine weitergehende Bewegung des zweiten Ventilkolbens 12, sodass der zweite Ventilkolben 12 relativ zum ersten Ventilkolben 11 unbewegt bleibt. Im vorliegenden Beispiel ist die erste Komponente vergleichsweise kompressibler als die zweite Komponente, sodass, wie vorstehend beschrieben, die erste Kammer 15 gegenüber der Austrittskammer 20 geringfügig verspätet nach der zweiten Kammer 16 geöffnet wird. Für einen Verschluss der Ventilvorrichtung 10 ist es ausreichend, beide Ventilkolben 11 und 12 bzw. Kammern 15 und 16 im Wesentlichen gleichzeitig zu verschließen.
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2 zeigt einen Teilschnitt einer Ventileinrichtung 34 mit einem ersten Ventilkolben 35, einem zweiten Ventilkolben 36 und einem Ventilgehäuse 37. Zwischen dem Ventilgehäuse 37 und dem ersten Ventilkolben 35 ist eine erste Kammer 38 und zwischen dem ersten Ventilkolben 35 und dem zweiten Ventilkolben 36 eine zweite Kammer 39 ausgebildet. Weiter ist eine Austrittkammer 40 im Ventilgehäuse 37 ausgebildet. Der erste Ventilkolben 35 sowie der zweite Ventilkolben 36 weisen jeweils eine runde Form auf und bilden konische Dichtflächen 41 bzw. 42 aus, die in der hier dargestellten Schließstellung mit einem ersten Ventilsitz 43 des Ventilgehäuses 37 und mit einem zweiten Ventilsitz 44 des ersten Ventilkolbens 35 dichtend zur Anlage gelangen. Zur Öffnung der jeweiligen Ventilkolben 35 und 36 erfolgt eine Bewegung der Ventilkolben 35 bzw. 36 jeweils in Richtung eines Pfeils 45 bzw. 46 entlang eine Längsachse 47 bzw. in Richtung einer Fließrichtung. Ein Verschließen der Ventilkolben 35 und 36 erfolgt entgegengesetzt der Richtung der Pfeile 45 und 46 bzw. der Fließrichtung vom Material. Dadurch wird verhindert, dass hier nicht näher dargestelltes Material einer ersten und zweiten Komponente beim Schließen der Kammern 38 bzw. 39 aus diesen in die Austrittskammer 40 herausgedrückt wird. Beim Öffnen der Ventileinrichtung 34 ist es prinzipiell unerheblich, welcher der Ventilkolben 35 bzw. 36 zuerst bewegt wird. Grundsätzlich ist jedoch vorgesehen den Ventilkolben 35 bzw. 36, mit der Komponente mit der größeren Kompressibilität zuerst zu bewegen. Weiter ist es vorgesehen die Komponente mit dem größten Volumenanteil am Mischungsverhältnis über die erste Kammer 38 zu fördern, da die Ausbildung des ersten Ventilkolbens 35 hier einen vergleichsweise größeren Durchflussquerschnitt ermöglicht.
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3 zeigt eine Ventilvorrichtung 48 mit einer Ventileinrichtung 49 an einem Ende 50 der Ventilvorrichtung 48 sowie eine Antriebseinrichtung 51 an einem gegenüberliegenden Ende 52 der Ventilvorrichtung 48. Die Antriebseinrichtung ist aus Pneumatikzylindern 53 und 54 gebildet, die jeweils über eine Betätigungsstange 55 bzw. 56 mit einem ersten Ventilkolben 57 bzw. einem zweiten Ventilkolben 58 verbunden sind. Das Ventilgehäuse 59 ist hier abschnittsweise als ein Rohr 60 ausgebildet. Eine Bewegung des Pneumatikzylinders 53 bewirkt demnach eine Bewegung des zweiten Ventilkolbens 57 und eine Bewegung des Pneumatikzylinders 54 eine Bewegung des ersten Ventilkolbens 57. Zwischenliegend dem Rohr 60 und der Betätigungsstange 55 ist eine erste Kammer 61 und zwischenliegend der Betätigungsstange 55 und der Betätigungsstange 56 eine zweite Kammer 62 ausgebildet. Die erste Kammer 61 ist mittels einer Dichtung 63 gegenüber der Betätigungsstange 56 abgedichtet und weist einen ersten Komponentenanschluss 64 auf. Die zweite Kammer 62 ist mittels einer Dichtung 65 gegenüber der Betätigungsstange 55 abgedichtet und weist einen zweiten Komponentenanschluss 66 auf. Die Ventilvorrichtung 48 bildet zusammen mit einer hier schematisch dargestellten Klemmvorrichtung 67 und einem ebenfalls schematisch dargestellten XY-Transportsystems 68 eine Dosiereinheit 69 für Zweikomponentenklebermaterialien aus.
