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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Austragen von
hochviskosem oder flüssigem
Material, insbesondere von Klebstoff, mit einem Füllventil
und einem ein Einlassventil aufweisenden Dosiergerät, die derart
miteinander verbunden sind, dass der Ventilkörper des Einlassventils aus
seinem Ventilsitz durch eine Hubbewegung des Ventilkegels des Füllventils
hebbar ist, wobei ein durch den Hub steuerbarer ringförmiger Durchfluss
für das
auszutragende Material durch beide Ventile geschaffen wird.
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Eine
solche Vorrichtung ist aus der
DE 201 06 214 U1 bekannt, in der das Füllventil
als Dockingventil und das Einlassventil als Füllerventil bezeichnet werden.
In diesem Dokument wird bereits dargestellt, dass Leckstellen der
in Kontakt stehenden Ventile zum unerwünschten Ausfließen von
Material führen
können.
Zudem können
Leckagen an der Kontaktstelle zwischen den Ventilkörpern dazu
führen, dass
sich dort kleinere Materialmengen ablagern, die, gegebenenfalls
nach Aushärtung,
die Funktionsfähigkeit
der Ventile beeinflussen. Soweit solche Materialmengen noch keine
Schädigungen
des Ventilkörpers
oder des Ventilsitzes verursacht haben, ist zumindest eine Reinigung
der betreffenden Ventile mit dem einhergehenden Produktionsausfall
verbunden.
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Um
Probleme bezüglich
Lecks und leckender Ventile zu vermeiden, wird in der
DE 201 06 214 U1 ein Füllventil
vorgeschlagen, bei dem dessen Ventilsitz und Ventilkörper so
ausgebildet sind, dass sie sich im Schließzustand des Ventils nur entlang
einer kreisförmigen
Kontaktlinie berühren
und die jeweiligen Mantelflächen
des Ventilsitzes und des Ventilkörpers
mit wachsendem Abstand von dieser Kontaktlinie divergieren. Der
sich um die Ventilauslassöffnung
des Füllventils
erstreckende Mantelteil besitzt in einer Längsquerschnittsansicht eine
konvex gekrümmte
Oberfläche.
Die Dosiereinrichtung besitzt an der Einlassöffnung einen sich zum Ausgang
verbreiternden konusförmigen
Ringmantel, an dem im angedockten Zustand das Füllventil nur entlang einer Kreislinie
anliegt. Beiderseits dieser Kreislinie divergieren die jeweils genannten
Mantelflächen
mit wachsendem Abstand von der Kreislinie. Mit dieser Ausführung wird
bezweckt, dass lediglich ein kleines Volumen des zu fördernden
Materials in dem Raum von der Kontaktlinie zwischen der Ventilsitzmantelfläche und
dem Ventilkörper
verbleibt. Dieses verbleibende Volumen soll als Abdichtung bis zur
nächsten Füllung dienen.
Der Ventilkörper
des Einlassventils wird beim Hub des Ventilkörpers des Füllventils aus dessen Ventilsitz
betätigt,
wodurch in beiden Ventilen ein ringförmiger Durchlassspalt entsteht.
Nachteiliger Weise kann durch diese Maßnahme das eingangs geschilderte
Leckageproblem nicht beseitigt werden, da sich in den geschaffenen
Toträumen
nicht nur das zu fördernde
Material, sondern auch Schmutz festsetzen kann. Sofern pastöse, hochviskose
Flüssigkeiten
wie insbesondere Klebstoffe durch die Ventile gefördert werden,
die aushärten,
droht unter Umständen
sogar eine Blockierung des Ventilhubs. Die jeweiligen Sitzflächen und
die Ventilkörperoberflächen müssen dann
nach Trennen des Füllventils
sowie des Dosiergerätes
vor der nächsten
Inbetriebnahme gereinigt werden.
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Die
genannten Vorrichtungen werden beispielsweise in Roboterarmen verwendet,
die entlang von vorgegebenen Wegstrecken beispielsweise Klebstoffe
auf Automobilteile auftragen.
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In
der
DE 697 14 511
T2 wird ein Ventil zum Dosieren von Flüssigkeiten beschrieben, umfassend eine
Kammer, die durch ein Gehäuse
begrenzt ist, zum Aufnehmen und Hindurchleiten von Flüssigkeit, ein
Verschlussteil, von dem ein Abschnitt in der geschlossenen Stellung
des Ventils, eine Auslassöffnung
der Kammer verschließt,
wobei das Verschlussteil mit einem Stift verbunden ist, der mit
Mitteln zum Bewegen des Verschlussteils zwischen einer Stellung,
in der der Abschnitt des Verschlussteiles die Auslassöffnung verschließt, und
einer Stellung, in der der Abschnitt des Verschlussteiles die Auslassöffnung freilässt, verbunden
ist.
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Um
das Verstopfen von Auslassöffnungen
zu verhindern wird vorgeschlagen, dass der Stift in einem Abstand
vom Verschlussteil, einen distalen Stiftabschnitt umfasst, dessen
Außenumfang
so ausgestattet sein kann, dass er in einer abdichtenden Weise mit
einem Dichtungselement des Ventils in Wechselwirkung steht, das
flüssigkeitsdicht
mit dem Gehäuse
verbunden ist, und einen proximalen Stiftabschnitt zwi schen dem
Verschlussteil und dem distalen Stiftabschnitt bei dem Wechselwirkung
in einer abdichtenden Weise mit dem Dichtungselement ausgeschlossen
ist, wobei das Dichtungselement axiale Bewegung des Stiftes durch
eine Öffnung
ermöglicht und
der distale Abschnitt des Stiftes so angeordnet ist, dass er, während des
Verschlusses des Ventils, in abdichtende Wechselwirkung mit dem
Dichtungselement kommt, bevor der oben genannte Abschnitt des Verschlussteiles
die Auslassöffnung
verschließt.
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In
der
DE 37 17 672 A1 wird
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Umleimteilen
mit den Stirnseiten plattenförmiger
Werkstücke vorgeschlagen.
Die Vorrichtung weist eine erste Düse zum Auftragen eines Schmelzklebers
auf die Stirnseite des Werkstückes
und/oder den Umleimteil auf. Dabei ist die Auftragsbreite und die
Anordnung der ersten Düse
bezüglich
der Stirnseite des Werkstückes
und/oder des Umleimteiles derart, dass der Schmelzkleberauftrag
lediglich in einem mittleren Bereich der Stirnseite des Werkstückes oder
des Umleimteiles erfolgt, und eine zweite und eine dritte Düse vorgesehen
sind, die bezüglich
des Werkstückes
und/oder Umleimteiles so ausgebildet und angeordnet sind, dass der
Auftrag des relativ stärker
resistenten Klebers nur in den Randzonen beiderseits des mittleren
Bereiches erfolgt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der entsprechende Toträume zumindest weitgehend
fehlen. Die jeweiligen Geometrien sollen konstruktiv möglichst
einfach geschaffen sein und ein einwandfreies Funktionieren der
Ventile ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besitzt der
Ventilkörper
des Einlassventils eine zumindest teilweise kegelige Mantelfläche, die
in Schließstellung
des Ventilkörpers
abdichtend an einer Kegelfläche
des Ventilsitzes anliegt, und ferner eine topfförmige Verlängerung in Richtung des Füllventils,
um die ein elastischer Ring angeordnet ist, der in getrenntem Zustand
des Füllventils
und des Dosiergerätes
die topfförmige
Verlängerung
um einen Überhub überragt,
dessen Maß im
Elastizitätsbereich
des Ringes liegt, so dass der Ring sich beim Ankuppeln des Füllventils
an das Dosiergerät
zumindest im wesentlichen, vorzugs weise völlig spielfrei an den Mantel
der topfförmigen
Verlängerung
anlegt. Diese Ausbildung bewirkt, dass beim Andocken des Füllventils an
das Dosiergerät
bzw. an das Dosierventil der elastische Ring aufgrund des vorhandenen Überhubs verformt
bzw. komprimiert wird, wodurch dessen ringförmiger Innenmantel nach innen
ausweicht und sich abdichtend, vorzugsweise vollflächig über die
gesamte Höhe
an die Mantelfläche
der topfförmigen Verlängerung
anlegt. Da die Stirnflächen
der topfförmigen
Verlängerung
sowie des Ventilkörpers
des Füllventils
vollflächig
aneinander liegen, da vorzugsweise beide Flächen gleichförmig und
gleich groß sind,
wird jeder Freiraum im Übergangsbereich
der beiden Ventile vermieden bzw. durch den elastischen Ringkörper ausgefüllt. Hierunter
fallen auch solche Ausführungsformen,
bei denen der genannte Ring ein Übermaß und eine
Mantelkontur besitzt, die beim Aneinanderdocken des Füllventils
und des Dosiergerätes über die
Verformung des Ringes eine totraumfreie Anlage zwischen dem Ring
und der topfförmigen
Verlängerung
erzielt.
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Wird
das Füllventil
durch Abheben des Ventilkörpers
aus dem Ventilsitz geöffnet,
wird der Ventilkörper
des Einlassventils in gleichem Maße aus dem Ventilsitz gehoben,
so dass unter Druck in eine Einlassöffnung des Füllventils
gegebenes pastöses
oder flüssiges
Material durch die Ventile zum Materialauslass der Dosiervorrichtung
strömen
kann. Beim Schließen
des Füllventils
wird z. B. durch Federkraft der Ventilkörper des Einlassventils auf
seinen Ventilsitz zubewegt. Hierbei verringert sich auch der Ringspalt
zwischen dem Mantel der topfförmigen
Verlängerung
dieses Ventilkörpers
und dem elastischen Ring zunehmend, so dass dort vorhandenes Material
kontinuierlich verdrängt
wird, bis die Mantelfläche
der topfförmigen
Verlängerung
spielfrei an dem elastischen Ring anliegt.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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So
ist die topfförmige
Verlängerung
vorzugsweise kegelstumpfförmig
ausgebildet und verjüngt sich
zu ihrem freien Ende. In entsprechender Weise ist vorzugsweise der
Innenmantel des elastischen Ringes kegelförmig ausgestaltet, wobei die
Kegelwinkel des Innenmantels des Ringes und der topfförmigen Verlängerung
(im entspannten Zustand des Ringes) gleich groß sind.
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Als
Material für
den Ring kann prinzipiell jeder verformbare Festkörper verwendet
werden, vorzugsweise wird jedoch ein Elastomer gewählt. Hier kommen
insbesondere solche Elastomere in Betracht, die, insbesondere gegen
Abrasion, verschleißbeständig und
chemisch resistent gegen die zu fördernden hochviskosen oder
flüssigen
Materialien sind. Soweit es erforderlich ist, während des Austragens einer
pastösen
Flüssigkeit
diese selbst oder die Düse
zu temperieren, ist das Elastomer entsprechend temperaturstabil
zu wählen.
In Betracht kommende Elastomere sind Acrylnitril-Butadien-Kautschuk,
(Perbunan®),
Butyl-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Polyurethan,
Flourelastomer (FKM bzw. Viton®) oder Kombinationen solcher
Werkstoffe einschließlich
beschichteten Elastomeren wie z. B. ein mit einem PTFE-Mantel versehener
Viton®-Körper.
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Wie
prinzipiell nach dem Stand der Technik bekannt, sind die Stirnflächen der
topfförmigen
Verlängerung
des Ventilkörpers
des Einlassventils und des Ventilkegels des Füllventils eben und vertikal
zur jeweiligen Ventillängsachse
angeordnet. Unter Vermeidung von Toträumen, in denen sich Ablagerungen
niederschlagen können,
stehen die Stirnflächen in
vollflächigem
Kontakt. Betreffende Stirnflächen sind
vorzugsweise kreisförmig
und besitzen einen gleich großen
oder kleineren Durchmesser.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollen die Oberflächen der
Ventilteile, insbesondere die topfförmige vordere Verlängerung
bzw. der gesamte Ventilkörper
des Dosiergerätes
und/oder der Ventilsitz sowie der Ventilsitz und der Ventilkörper des
Füllventils
aus Teflon® (Polytetrafluorethylen),
einem Hartmetall, einem Cermet, einer Keramik oder Stahl sowie mit
Hartstoffen beschichtete Werkstoffe der vorgenannten Art bestehen.
Diese Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen sind weitgehend verschleißunempfindlich
und besitzen eine glatte Oberfläche,
die für
vorbeiströmende
Materialien einen geringstmöglichen
Reibungswiderstand bietet.
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Der
elastische Ring kann prinzipiell am Füllventil oder am Dosiergerät befestigt
sein. Da dieser Ring jedoch funktionell mit der topfförmigen Verlängerung
kooperiert, ist der Ring vorzugsweise am Dosiergerät befestigt
und um die dortige Einlassöffnung zentriert,
vorzugsweise der Gestalt, dass der Ring in einer ringförmigen Öffnung des
Dosiergerätes
eingeklemmt ist.
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Wie
grundsätzlich
nach dem Stand der Technik bekannt, können die genannten Ventile
pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch bzw. elektromagnetisch
steuerbar sein und/oder die jeweiligen Ventilkörper unter einer Federvorspannung
bei Druckentlastung im Ventilsitz anliegen.
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Für den Fall,
dass beim Schließen
der beiden Ventile infolge eines unterschiedlichen Ventilhubes der
Kontakt zwischen den jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen unter
Bildung eines Spaltes aufgehoben wird und sich im Zwischenbereich
Schmutz ansammelt, ist ein Draht zur Reinigung der Stirnflächen vorgesehen.
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Weitere
Ausgestaltungen sowie Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
teilgeschnittene schematische Ansicht einer Füllstation,
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2 einen
jeweiligen Querschnitt durch das Füllventil sowie einen Teilquerschnitt
des Dosiergerätes
in getrenntem Zustand und
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3 eine
vergrößerte Ansicht
gemäß Ausschnitt
Z in 2.
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Die
in 1 dargestellte Füllstation besteht im wesentlichen
aus einem Füllventil 10 sowie
einem Dosiergerät 11,
die mittels eines Spannzylinders 12 kuppelbar bzw. trennbar
sind. Das Dosiergerät
kann beispielsweise mit einer Spritzeinrichtung an einem Roboterarm
verbunden sein, die zum gezielten Auftragen von Klebstoffen oder
Austragen anderer hochviskoser oder niedrigviskoser Fluide dient.
Unter Umständen
kann, sofern der Roboterarm die notwendigen Kräfte aufbringen kann, auf den
Spannzylinder verzichtet werden; in diesem Fall dockt der Roboterarm
das Dosiergerät 11 unmittelbar
am Füllventil 10 an.
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Die
Dosiereinrichtung 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit der Fülleinrichtung
verbunden und besitzt einen Zentrierkegel 36, der die betreffende
Verbindung erleichtert. Am freien Ende der Fülleinrichtung ist eine Spritzeinheit
mit einem Auslassventil 38 angeordnet.
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Wie 2 zu
entnehmen, besitzt das Füllventil 10 einen
Materialeinlass 13. Unter Druck, beispielsweise mit 3,5 × 107 Pa strömt
bei geöffneten Ventilen
der Materialfluss in das Dosiergerät, das er an dessen Auslassöffnung 14 verlässt.
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Das
Füllventil
besitzt einen Zylinderraum 15, in dem ein beidseitig beaufschlagbarer
Kolben 16 hin- und herbewegbar ist, wozu ein pneumatisches oder
hydraulisches Medium in eine der Öffnungen 17 oder 18 eingeführt wird.
Der Kolben ist zudem mittels einer Schraubenfeder 19 vorgespannt.
Die im Gehäuse
des Füllventils
geführte
Kolbenstange 20 ist an ihrem freien Ende als ein kegelstumpfförmiger Ventilkörper 21 mit
einer kreisförmigen
ebenen Stirnfläche 22 ausgebildet.
Der Kegelmantel dieses Ventilkörpers 21 liegt
im Schließzustand
in einem Ventilsitz an, der ebenfalls einen Kegelmantel mit gleichem
Kegelwinkel aufweist. In dem in 2 dargestellten Schließzustand
liegen die Stirnflächen
des Ventilsitzeinsatzes und die Stirnfläche 22 in einer Ebene.
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Die
Dosiereinrichtung weist ebenfalls einen unter dem Druck einer Feder 34 stehenden
Ventilkörper 24 auf,
der über
eine in einer entsprechenden Bohrung geführte Ventilstange 24' zentriert wird.
Dieser Ventilkörper 24 besitzt
an seiner Vorderseite kegelförmige
Mantelflächen 25,
die im dargestellten Schließzustand
an den den selben Kegelwinkel aufweisenden Kegelflächen 26 eines
Ventilsitzes 27 anliegen. Vor derseitig trägt der Ventilkörper eine
topfförmige
Verlängerung 28 mit
einem kegelförmigen
Außenmantel 29 und
einer kreisförmigen
Stirnfläche 30, die
einen gleich großen
oder geringfügig
größeren Durchmesser
als die Kreisfläche 22 des
Ventilkörpers 21 aufweist.
In einer Öffnung
eines Rahmens 31 ist ein elastischer Ring 32 klemmend
eingelegt, der eine kegelige Innenmantelfläche aufweist, die im entkoppelten
Zustand des Dosiergerätes
vom Füllventil, vorzugsweise
den selben Kegelwinkel aufweist wie die Mantelfläche 29. Der Durchmesser
der topfförmigen
Verlängerung 28 sowie
der Durchmesser der inneren Öffnung
des elastischen Ringes 32 verjüngen sich zum offenen Ende.
Der elastische Ringkörper steht
im getrennten Zustand der Dosiereinrichtung und des Füllventils
um einen Überhub 33 vor,
dessen Maß im
Elastizitätsbereich
des vorzugsweise aus einem Elastomer bestehenden Ringes 32 liegt.
Wird das Füllventil 10 an
das Dosiergerät 11 angedockt, wird
der elastische Ring 32 verformt, wobei der elastische Ring 32 sich
nach innen aufweitet und die im entspannten Zustand bestehende Lücke 37 zwischen
dem Mantel 29 der topfförmigen
Verlängerung 28 und
seinem konischen Innenmantel schließt. Die Bemessung des Ringes 32 wird
so gewählt,
dass dieser über
seine gesamte Höhe
möglichst
ringsum vollflächig
an dem Mantel 29 der topfförmigen Verlängerung 28 in angedocktem
Zustand, gegebenenfalls unter leichter Vorspannung anliegt.
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Die
Bemaßungen
sowie die Stirnflächengeometrie
des Dosiergerätes
sowie des Füllventils
werden so gewählt,
dass im angedockten Zustand die kreisförmigen Stirnfläche 22 vollflächig an
der Stirnfläche 30 anliegt.
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Wird
durch pneumatische, hydraulische oder elektrische bzw. elektromagnetische
Steuerung der Ventilkörper 21 aus
seinem Ventilsitz abgehoben, schiebt der Ventilkörper 21 die topfförmige Verlängerung 28 und
den Ventilkörper 24 in
entsprechender Weise zurück,
so dass der Ventilkörper 24 ebenfalls aus
dem Ventilsitz 26 gehoben wird. Hierdurch wird eine jeweils
dem Hub entsprechende Ringspaltöffnung
gebildet, durch die bei anstehendem Materialdruck das auszutragende
Fluid hindurchströmen kann.
Die Durchflussmenge ist durch die Hubveränderung der Ventilkörper (21, 24)
steuerbar.
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Wird
das Füllventil
geschlossen, d. h. sobald der Ventilkörper 21 auf den Ventilsitz
gedrückt
wird, schließt
auch das Einlassventil, da die Feder 34 den Ventilkörper 24 in
seinen Ventilsitz presst. Bei dieser Schließbewegung verengt sich der
Durchlassspalt zwischen der topfförmigen Verlängerung 28 und dem elastischen
Ring 32, wobei etwa dort vorhandenes Fluid in der dargestellten
Abbildung „nach
oben" abströmt.