DE102017118253A1

DE102017118253A1 - Dosierventil

Info

Publication number: DE102017118253A1
Application number: DE102017118253.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Reuter
Original assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Current assignee: Marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-08-11
Also published as: DE102017118253B4; CN109386649A; CN109386649B

Abstract

Ein Dosierventil zum Dosieren von Medien umfasst eine von einem Piezoelement angetriebene Ventilnadel sowie eine Membrandichtung zwischen Ventilnadel und einem die Ventilnadel führenden Lagerkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosierventil zum Dosieren von insbesondere elektrisch leitenden Medien, umfassend eine von einem Piezoelement angetriebene Ventilnadel, sowie eine Dichtung zwischen der Ventilnadel und einem die Ventilnadel führenden Lagerkörper.
In der Fertigung von elektronischen Komponenten und Bauteilen kommen häufig elektrisch leitende Klebstoffe zum Einsatz. Es handelt sich hierbei typischerweise um thermisch härtende Klebstoffe auf Epoxidharzbasis. Die Leitfähigkeit wird durch metallische Füllstoffe (z.B. Silber) erreicht. Da die Temperaturen, die zum Härten des Klebstoffes notwendig sind, deutlich unter den Temperaturen der üblichen Lötprozesse liegen, werden diese Leitklebstoffe vor allem bei Prozessen mit temperaturempfindlichen Bauelementen oder Substraten verwendet. Viskosität und Füllgrad der Leitkleber liegen in einem Bereich, der durchaus noch eine für viele Anwendungen vorteilhafte Jet-Dosierung erlaubt. Experimente haben jedoch gezeigt, dass die Lebensdauer der in den Jetventilen verwendeten Dichtungen zwischen medienführendem Raum und Dosiernadel aufgrund der Füllstoffe der Leitkleber ein im Vergleich zu anderen Klebstoffdosierungen deutlich kürzere Lebensdauer haben.
Füllstoffe gelangen beim Dosieren, bzw. bei der Auf- und Abwärtsbewegung der Nadel, zwischen Dichtung und Nadel und führen zu einer Beschädigung und Zerstörung der Dichtung. Dies wird bei einfachen O-Ring-Dichtungen sofort beobachtet, aber auch bei sogenannten Lippendichtungen, die zwar bereits eine höhere Lebensdauer als einfache O-Ring-Dichtungen aufweisen, aber auch noch relativ schnell verschleißen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dosierventil zum Dosieren von insbesondere elektrisch leitenden Medien zu schaffen, das eine erhöhte Standzeit aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere durch ein Dosierventil, das eine von einem Piezoelement angetriebene Ventilnadel sowie eine Dichtung zwischen der Ventilnadel und einem die Ventilnadel führenden Lagerkörper umfasst, wobei die Dichtung eine Membrandichtung, insbesondere aus Elastomermaterial, ist.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Membrandichtung liegt darin, dass sich bei der Auf- und Abwärtsbewegung Ventilnadel und Dichtung nicht gegeneinander verschieben. Dadurch wird verhindert, dass Partikel im Klebstoff zwischen Dichtung und Nadel wandern und dadurch die Dichtung unterwandern, was bei walkenden O-Ring-Dichtungen aus dem Stand der Technik beobachtet wird. Auch bei Lippendichtungen kommt es durch die Relativbewegung zwischen Nadel und Dichtung zu Beschädigungen der Lippendichtung durch die Partikel. Erfindungsgemäß ist eine solche Beschädigung jedoch verhindert.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann die Membrandichtung ringförmig sein und an ihrem Außenumfang einen äußeren Ringsteg und an ihrem Innenumfang einen inneren Ringsteg aufweisen. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass die Membrandichtung sowohl am Lagerkörper wie auch an der Ventilnadel eine ausreichend große Anlagefläche besitzt und über diese Anlagefläche, d.h. über die beiden Ringstege, gut abdichtet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Membrandichtung eine zentrale Bohrung aufweisen, durch welche sich die Ventilnadel erstreckt, wobei die Bohrung gegenüber der Ventilnadel mit Untermaß gefertigt ist. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass die Elastizität des Membranmaterials die Membran fest mit der Nadel verbindet und sich auf der Nadel festsetzt. Unter einer Bohrung im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird dabei sowohl eine tatsächlich mit Hilfe eines Bohrvorgangs gefertigte Öffnung verstanden, wie auch eine durch einen Gieß- oder Stanzvorgang oder anderweitig ausgebildete Zentralöffnung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Außendurchmesser der Membrandichtung gegenüber dem sie umgebenden Lagerkörper mit Übermaß gefertigt sein, wodurch die Membrandichtung im Lagerkörper verklemmt werden kann und dabei gleichzeitig gut dichtet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Membrandichtung in einer Ringnut der Ventilnadel anliegen, wodurch die Membrandichtung an der Ventilnadel gegen axiales Verrutschen gut gesichert ist. Der gleiche Vorteil ergibt sich, wenn die Membrandichtung in einer Ringnut des Lagerkörpers anliegt, da auch in diesem Fall ein verbesserter Schutz gegen axiales Verschieben bzw. Verrutschen der Membrandichtung gegeben ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ringfläche der Membran möglichst dünn gefertigt wird. Dennoch muss eine Abdichtung gegenüber Drücken erfolgen, die in der Größenordnung von 40 bar liegen können. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest zwei Membrandichtungen axial übereinander angeordnet sind und sich insbesondere zumindest an ihrem Außenrand berühren. Hierbei kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn zwischen den beiden Membrandichtungen ein Stützring angeordnet ist bzw. eingelegt ist, der ein übermäßiges Durchbiegen einer Membrandichtung verhindert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann an der Ventilnadel ein Ringsteg angeformt sein, der für einen verbesserten Halt einer Membrandichtung sorgt. Für den Fall, dass zwei Membrandichtungen übereinander angeordnet sind, kann dieser Ringsteg zwischen den beiden Membrandichtungen positioniert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Lagerkörper als auswechselbarer Ventileinsatz ausgebildet, in dem die Ventilnadel und die zumindest eine Membrandichtung angeordnet sind.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Ventileinsatz für ein Dosierventil der vorstehenden Art, wobei der Ventileinsatz auswechselbar ist und als Lagerkörper dient und in dem Ventileinsatz die Ventilnadel und die zumindest eine Membrandichtung angeordnet sind.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Ventileinsatz für ein Dosierventil.
Die Figur zeigt einen Ventileinsatz 10 eines nicht näher dargestellten Dosierventils, das zum Dosieren von insbesondere elektrisch leitenden Medien dient. Der Ventileinsatz 10 umfasst einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Lagerkörper 12, der mit Hilfe eines Sprengrings 14 in dem Dosierventil über einen O-Ring 16 abgedichtet befestigbar ist.
In dem Lagerkörper 12 ist eine Ventilnadel 18 gelagert und mit Hilfe einer scheibenförmigen Spiralfeder 20 so geführt, dass die Ventilnadel 18 mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Piezoelements in Richtung des Doppelpfeils hin und her bewegt werden kann. Wenn dabei die Ventilnadel 18 durch das Piezoelement in Pfeilrichtung nach unten bewegt wird, drückt eine an der Unterseite der Ventilnadel 18 befestigte Ventilkugel 22 gegen einen Ventilsitz des Dosierventils. Wird keine Kraft auf die Ventilnadel 18 ausgeübt, so erfährt diese durch die Feder 20 eine Rückstellbewegung in die in der Figur dargestellte Position.
Nachdem der Bereich des vorderen Endes der Ventilnadel 18 im Betrieb mit unter Druck stehendem Medium beaufschlagt wird, ist eine Dichtung zwischen der Ventilnadel 18 und dem die Ventilnadel 18 führenden Lagerkörper 12 erforderlich. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Dichtung insgesamt zwei gleichartig ausgebildete und übereinanderliegend angeordnete Membrandichtungen 24 und 26 aus Elastomermaterial vorgesehen.
Da beide Membrandichtungen 24 und 26 gleich aufgebaut sind, wird nachfolgend der Aufbau lediglich anhand der Membrandichtung 26 beschrieben.
Die Membrandichtung 26 ist grundsätzlich ringförmig aufgebaut und weist eine zentrale Bohrung 28 auf, durch welche sich die Ventilnadel 18 hindurch erstreckt. Der Grundkörper der Membrandichtung 26 weist die Form einer Ringscheibe 30 auf, an deren Außenumfang ein äußerer Ringsteg 32 und an deren Innenumfang ein innerer Ringsteg 34 angeformt sind. Beide Ringstege 32 und 34 erstrecken sich von dem scheibenförmigen Grundkörper 30 in axialer Richtung gesehen in die gleiche Richtung.
Wie die Figur verdeutlicht, liegt die Membrandichtung 26 mit ihrem Innenumfang in einer Ringnut 34 der Ventilnadel 18 an. Das Gleiche gilt für die Membrandichtung 24, die in einer weiteren Ringnut der Ventilnadel 18 anliegt.
Auf ähnliche Weise sind in dem Lagerkörper 12 zwei Ringnuten ausgebildet, wobei die Membrandichtung 24 mit ihrem Außenumfang in einer Ringnut 38 des Lagerkörpers 12 und die Membrandichtung 26 mit ihrem Außenumfang in einer Ringnut 40 des Lagerkörpers 12 anliegt. Auf diese Weise sind die beiden Membrandichtungen 24 und 26 in dem Lagerkörper 12 übereinander angeordnet und berühren sich im Bereich ihres Außenrandes. Im Bereich der jeweiligen Bohrung 34 der Membrandichtungen ist zwischen den beiden Membrandichtungen an der Ventilnadel 18 ein Ringsteg 42 angeformt, der die obere Membrandichtung 24 in ihrer Mitte in axialer Richtung abstützt. Um ein Durchbiegen der Membrandichtung 26 in Richtung der Membrandichtung 24 zu verhindern, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich zwischen den beiden Membrandichtungen ein Stützring 44 angeordnet, der sich zwischen dem äußeren Ringsteg und dem inneren Ringsteg der Membrandichtung 24 befindet.
Um die beiden Membrandichtungen fest an dem Lagerkörper 12 und auch an der Ventilnadel 18 zu halten, sind die Bohrungen 28 der Membrandichtungen gegenüber der Ventilnadel 18 mit Untermaß gefertigt und die Außendurchmesser der Membrandichtungen 24 und 26 sind gegenüber dem sie umgebenden Lagerkörper im Bereich der Ringnuten 38 und 40 mit Übermaß gefertigt. Hierdurch verbindet sich durch die Elastizität des Membranmaterials die Membrandichtung fest mit der Ventilnadel bzw. dem Lagerkörper

Claims

Dosierventil zum Dosieren von insbesondere elektrisch leitenden Medien, umfassend eine von einem Piezoelement angetriebene Ventilnadel (18), sowie eine Dichtung zwischen der Ventilnadel (18) und einem die Ventilnadel (18) führenden Lagerkörper (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zumindest eine Membrandichtung (24, 26), insbesondere aus Elastomermaterial, ist.
Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 26) ringförmig ist und an ihrem Außenumfang einen äußeren Ringsteg (30) und an ihrem Innenumfang einen inneren Ringsteg (34) aufweist.
Dosierventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 26) eine zentrale Bohrung (28) aufweist, durch welche sich die Ventilnadel erstreckt, wobei die Bohrung (28) gegenüber der Ventilnadel (18) mit Untermaß gefertigt ist.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Membrandichtung (24, 26) gegenüber dem sie umgebenden Lagerkörper (12) mit Übermaß gefertigt ist.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 26) in einer Ringnut (34) der Ventilnadel (18) anliegt.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (24, 26) in einer Ringnut (38, 40) des Lagerkörpers (12) anliegt.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Membrandichtungen (24, 26) übereinander angeordnet sind und sich insbesondere zumindest an ihrem Außenrand berühren.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Membrandichtungen (24, 26) übereinander angeordnet sind, und dass zwischen den beiden Membrandichtungen ein Stützring (44) angeordnet ist.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Membrandichtungen (24, 26) übereinander angeordnet sind, und dass an der Ventilnadel (18) zwischen den beiden Membrandichtungen (24, 26) ein Ringsteg (42) vorgesehen ist.
Dosierventil nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper (12) ein auswechselbarer Ventileinsatz ist, in dem die Ventilnadel (18) und die zumindest eine Membrandichtung (24, 26) angeordnet sind.
Ventileinsatz für ein Dosierventil nach Anspruch 10.