DE202013011012U1

DE202013011012U1 - Dosierventil für Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE202013011012U1
Application number: DE201320011012
Authority: DE
Original assignee: Liquidyn GmbH
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2023-12-17

Abstract

Dosierventil, enthaltend: a) einen Trägerkörper (1), in dem eine Aktorkammer (2) ausgebildet ist, in welcher eine unter der Vorspannung einer Schließfeder (10) stehende, einen Bund (6) aufweisende Stößelstange (4) angeordnet ist, einen elektromagnetisch oder pneumatisch in Richtung auf den Bund (6) beschleunigbaren, in der Aktorkammer (2) axial frei beweglich geführten Schlagkörper (11), b) einen Ventilstößel (16) welcher durch eine Spiralfeder (18) axial gegen die Stößelstange (4) vorgespannt ist, und mit dem Dosierkammergehäuse (19) lösbar am Trägerkörper (1) befestigt ist, c) einen koaxial zum Ventilstößel (16) angeordneten Düseneinlauf (23) gegenüber welchem sich der Ventilstößel (16) bei Betätigung der Schlagkörpers (11) axial bewegen kann.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektropneumatisch betätigtes Ventil für die dosierte Abgabe insbesondere kleinster Flüssigkeitsmengen. Ventile dieser Art sind beispielsweise in DE 20 2005 005 619 U1 , DE 20 2010 013 815 U1 und EP 2 143 503 A1 beschrieben.
Solche Ventile werden dazu verwendet, um Flüssigkeiten, wie z. B. Kleber, Lothilfsmittel u. ä. in Form kleinster Tropfen mit hoher Taktfolge auf Werkstücke aufzubringen. Dabei wird in aller Regel berührungsfrei gearbeitet, d. h. das Ventil kommt weder unmittelbar noch mittelbar über die abzugebende Flüssigkeit mit dem Werkstück in Verbindung, vielmehr wird die Flüssigkeit in Form von frei fliegenden Tröpfchen von der Spritzdüse des Ventils auf das Werkstück aufgebracht.
Die existierenden, berührungsfrei arbeitenden Mikrodosierventile benutzen so genannte „harte” Ventilsitzpaarungen. Dabei muss mit einem gewissen Verschleiß von Ventilsitz, also der Spritzdüse, und der auf ihm aufsitzenden Düsennadel, auch Ventilstößel genannt, gerechnet werden, der einen regelmäßigen Austausch dieser Teile, an erster Stelle des Ventilstößels, erforderlich macht.
Um den Ventilstößel austauschen zu können, ohne dass man hierzu die pneumatisch betriebene Aktorkammer öffnen muss, ist der frühere einteilige, von der Aktorkammer bis zum Ventilsitz reichende Stößel (siehe DE 20 2005 005 619 U1 ) bei dem aus DE 20 2010 013 815 U1 bekannten Ventil aus zwei mit einander verschraubten Einzelteilen ausgeführt, wobei die Verbindungsstelle in einer von außen zugänglichen Aussparung eines Trägerkörpers liegt, der die Aktorkammer beinhaltet und die Dosierkammer trägt, aus der die zu dosierende Flüssigkeit durch eine Düse mittels des Stößels ausgestoßen wird.
Beim Verschrauben der beiden Teile des Stößels muss sehr sorgfältig gearbeitet werden. Es muss ein Verbiegen der Teile vermieden werden, weil sonst aufgrund der engen Passungen, in denen der Stößel geführt ist, Spannungen auftreten können, die zu einem vorzeitigen Verschleiß führen können. Außerdem muss die Montage der Dosierkammer, die für den Ventilstößelwechsel vom Trägerkörper gelöst werden muss, hoch passgenau erfolgen, weil Aktorkammer und Ventilsitz exakt koaxial zueinander sein müssen.
Ferner hat sich gezeigt, dass die zusätzliche Masse, die die Verschraubung der Stößelteile mit sich bringt, nachteilige Wirkungen auf die Dynamik des Ventils hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art anzugeben, das eine hohe Dynamik hat und ein Auswechseln seiner wesentlichen Verschleißteile, nämlich des Ventilstößels und des Ventilsitzes, bei geringeren Anforderungen an die Passgenauigkeit der Montage zulässt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung greift auf das Konzept des zweiteiligen Stößels zurück, verzichtet aber auf eine Verschraubung der beiden Teile des Stößels. Dieses Merkmal ist aus der eingangs genannten EP 2 143 503 A1 an sich bereits bekannt. Anders als dort erlaubt sie es aber dem Ventilstößel, der Aktorstößelstange – nachfolgend kurz Stößelstange genannt – auf deren gesamten Bewegungsweg beim Öffnen des Ventils ungehindert zu folgen. Damit wird vermieden, dass bei der Öffnungsbewegung die Stößelstange von dem Ventilstößel abhebt, was in der Folge sonst zu einem Aufschlagen der Stößelstange auf den Kopf des Ventilstößels führte, was nicht nur einen unkontrollierten Bewegungsablauf, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiß der beiden Teile mit sich bringt.
Die hohe Dynamik, die dadurch erreicht wird, dass der pneumatische Druck nicht gegen eine die Stößelstange in die Ventilschließrichtung drückende Feder, wie bei EP 2 143 503 A1 , wirken muss, sondern die Feder kurzzeitig durch die kinetische Energie eines in der Aktorkammer pneumatisch beschleunigten Schlagkörpers gespannt wird, ist durch die Tatsache gesteigert, dass der Schlagkörper nur die Stößelstange, nicht aber auch den Ventilstößel bewegen muss, denn dieser folgt der Stößelstange aufgrund der eigenen, auf ihn gegen die Schließrichtung des Ventils gerichteten Druckfeder.
Weil Stößelstange und Ventilstößel nicht fest mit einander verbunden sind, schaden geringe Achsabweichungen dieser beiden Teile im Betrieb nicht. Die Montage wird dadurch einfacher.
Für den Austausch des Ventilstößels braucht nur das Zwischenstück vom die Aktorkammer umschließenden Trägerkörper gelöst werden. Eine weitere Demontage ist entbehrlich. Der Ventilstößel lässt sich dann ganz einfach aus der Dosierkammer und dem Zwischenstück herausziehen.
Die Erfindung und weitere Einzelheiten sowie Vorteile derselben werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung im Schließzustand des Ventils;
2 zeigt einen Axialschnitt entsprechend 1 im geöffneten Zustand des Ventils;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt einen Axialschnitt durch das Ventil nach 3 im Schließzustand des Ventils, und
5 zeigt einen Axialschnitt entsprechend 4 im geöffneten Zustand des Ventils.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
In 1 erkennt man im Längsschnitt A-A einen Trägerkörper 1, in dem eine zylindrische Aktorkammer 2 ausgebildet ist. In der Umfangswand der Aktorkammer 2 ist ein Pressluftkanal 3 ausgebildet, welcher der Zufuhr und Abfuhr von Pressluft dient. Die Aktorkammer 2 hat an ihrem in der Zeichnung unteren Ende eine Bohrung, die von einer Stößelstange 4 durchdrungen ist, die in der Bohrung durch eine O-Ring- oder ähnliche Dichtung 5 abgedichtet ist. Die Stößelstange 4 hat an ihrem oberen Ende einen Führungsbund 6, der in einer zylindrischen Federkammer 7 geführt ist. Die Federkammer 7 ist in einem Aufsatz 8 ausgebildet, der auf dem oberen Ende des Trägerkörpers 1, die Aktorkammer 2 verschließend, mittels Schrauben befestigt ist. In der Federkammer 7, die am oberen Ende bis auf ein Entlüftungsloch 9 verschlossen ist, befindet sich eine Schraubendruckfeder 10, die, sich an der Stirnwand der Federkammer 7 abstützend, nach unten auf den Führungsbund 6 der Stößelstange 4, d. h. in Schließrichtung des Ventils drückt.
Auf der der Schraubendruckfeder 10 abgewandten Seite des Führungsbundes 6 befindet sich in der Aktorkammer 2 ein mit einer die Stößelstange 4 gleitend aufnehmenden Bohrung versehener Schlagkörper 11, der in seiner in 1 gezeigten unteren Endstellung auf einem ringförmigen Sims 12 (siehe 2) aufsitzt, unterhalb desselben der Pressluftkanal 3 in die Aktorkammer 2 mündet. In dieser Stellung des Schlagkörpers 11 befindet sich oberhalb desselben ein an der Unterseite des Führungsbundes 6 endender freier Raum.
An das untere Ende des Trägerkörpers 1 schließt sich axial ein im Wesentlichen topfförmig gestaltetes Zwischenstück 13 an. Um die Zentrierung des Zwischenstücks 13 in Bezug auf die Aktorkammer 2 zu erleichtern, haben der Trägerkörper 1 an seinem unteren Ende einen kreisförmigen Vorsprung 14 und das Zwischenstück 13 eine dazu passende kreisförmige Vertiefung (ohne Bezugszeichen). Das Zwischenstück 13 hat eine zentrische, zur Aktorkammer 2 koaxiale Kammer 15, in die hinein sich das untere Ende der Stößelstange 4 erstreckt. Im Boden des Zwischenstücks 13 ist zentrisch eine Bohrung ausgebildet, deren Durchmesser etwas kleiner als der der Kammer 15 ist. Die Bohrung im Boden des Zwischenstücks 13 durchdringt gleitfähig ein Ventilstößel 16, der an seinem oberen Ende einen Teller 17 aufweist, zwischen dem und dem Boden des Zwischenstücks 13 eine Schraubendruckfeder 18 eingespannt ist. Das Zwischenstück 13 hat einen zylindrischen, sich axial erstreckenden Ansatz, auf dem ein Dosierkammergehäuse 19 sitzt, das eine zu dem Ansatz passende Vertiefung aufweist. Das Dosierkammergehäuse 19 umschließt eine das zu dosierende Fluid aufnehmende Dosierkammer 20, die einen Fluidzuführanschluss 21 aufweist. Zwischen dem Dosierkammergehäuse 19 und dem Zwischenstück 13 befindet sich eine Dichtungsscheibe 22, die von dem Ventilstößel 16 durchdrungen ist, der sich in die Dosierkammer 20 erstreckt und in der in 1 dargestellten Schließstellung auf einem Düseneinlauf 23 aufsitzt, der eine Düsenöffnung 24 im Boden des Dosiergehäuses 19 umgibt. Dosiergehäuse 19 und Zwischenstück 13 sind am Trägerkörper 1 gemeinschaftlich durch Schrauben 25 festgehalten, die durch die vorgenannten Bauelemente hindurch in den Trägerkörper 1 eingeschraubt sind.
Seitlich ist an den Trägerkörper 1 ein insgesamt mit 26 bezeichnetes Steuergerät angebaut, das die für die Betätigung des Dosierventils notwendige Pressluft gesteuert der Aktorkammer 2 zuführt und davon abführt.
Die in 1 oberhalb der Schnittdarstellung wiedergegebene Stirnansicht zeigt das Ventil von unten, um die Schnittebene A-A der zuvor erläuterten Darstellung des Ventils anzugeben. Auf eine weitergehende Erläuterung dieser Stirnansicht kann verzichtet werden.
Nachfolgend wird die Betriebsweise dieses Ventils unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert.
Im Betrieb ist der Dosierkammer 20 über den Fluidzuführanschluss 21 das zu dosierende flüssige Medium unter Druck zugeführt. Im Schließzustand des Ventils, der in 1 dargestellt ist, ruht der Schlagkörper 11 auf seinem Sims 12 im Bereich des unteren Endes der Aktorkammer 2. Die Stößelstange 4 ist von ihrer Schraubendruckfeder 10 nach unten gedrückt und drückt den Ventilstößel 16 gegen die Kraft von dessen Druckfeder 18 auf den Düseneinlauf 23, der hier als Ventilsitz wirkt. Das Dosierventil ist geschlossen. Zur Betätigung des Ventils wird vom Steuergerät 26 dem Pressluftkanal 3 ein Pressluft-Druckstoß zugeführt. Durch den Pressluftstoß wird der Schlagkörper 11 nach oben beschleunigt bis er gegen die Unterseite des Führungsbundes 6 der Stößelstange 4 anschlägt und dabei seine kinetische Energie, unterstützt durch den in der Aktorkammer 2 herrschenden Pressluftdruck, auf den Führungsbund 6 überträgt. Der Führungsbund 6 wird zusammen mit der Stößelstange 4 in die in 2 gezeigte obere Endstellung gedrückt. Der Schlagkörper 11 ist in seiner Bewegung nach oben durch den unteren Rand 27 des Aufsatzes 8 begrenzt. Er schlägt an diesen Rand 27 an. Diese obere Endstellung ist in 2 gezeigt. Gleichzeitig wird vom Steuergerät 26 die Pressluftzufuhr zum Pressluftkanal 3 abgeschaltet und für ein schnelles Entweichen der Pressluft aus der Aktorkammer 2 vom Steuergerät 26 umgeschaltet.
Der um die Arbeit zum Spannen der Schraubendruckfeder 10 verminderte Impuls des Schlagkörpers 11 wird durch das Anschlagen an den unteren Rand 27 des Aufsatzes 8 umgekehrt, der Schlagkörper 11 prallt nach unten zurück, unterstützt von der Kraft der sich wieder entspannenden Schraubendruckfeder 10. Der Ventilstößel 16 kann also sehr schnell wieder auf den Düseneinlauf 23 aufsetzen, während der Schlagkörper 11 sich noch nach unten bewegt. Die vom Schlagkörper 11 vor sich her geschobene Luft entweicht durch den Pressluftkanal 3 aus der Aktorkammer 2. Schließlich erreicht der Schlagkörper 11 wieder die in 1 gezeigte untere Endstellung. Das Ventil ist für den nächsten Arbeitszyklus bereit.
Die 3 bis 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Ventilstößel 16 die Funktion eines Schieberventils übernimmt und weiterhin der Bewegungshub des Ventilstößels 16 von außen verstellt werden kann. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung dieser Ausführungsform, während die 4 und 5 Axialschnittdarstellungen in den zwei Betriebszuständen zeigen, die denen von 1 und 2 entsprechen.
Während bei der Ausführungsform nach den 1 und 2 die Fluidabgabe aus der Dosierkammer 20 durch das Aufsetzen des Ventilstößels 16 auf den Düseneinlauf 23 unterbrochen wird, ist in der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 4 und 5 die Dosierkammer 20 so eng ausgeführt, dass sie vom Querschnitt des Ventilstößels 16 vollkommen eingenommen wird, so dass der Ventilstößel 16 nicht auf den Düseneinlauf 23 aufsetzen muss, um die Flüssigkeitsabgabe aus der Dosierkammer zu unterbrechen. Der im Fluidzuführanschluss 21 ausgebildete, in die Dosierkammer 20 mündende Fluidzuführkanal 21a ist in der Schließstellung des Ventilstößels 16 verschlossen, siehe 4, und in seiner angehobenen Stellung geöffnet, siehe 5. Mit anderen Worten, der Ventilstößel 16 stellt Teil eines Schieberventils am inneren Ende des Fluidzuführkanals 21a dar.
Zum Zwecke der Verstellung des Bewegungshubes des Ventilstößels 16 ist gemäß 4 die Kammer 15 des Zwischenstücks 13 mit einem Gewinde versehen, und in dieses ist ein Anschlag 28 eingeschraubt, welcher durch Durchbrüche 29 in der Wand des Zwischenstücks 13 hindurch von außen gedreht, also axial verstellt werden kann. Hierfür ist der Anschlag 28 vorzugsweise mit einem gerändelten Ring 30 vergrößerten Durchmessers versehen. Vorzugsweise ist der Anschlag 28 mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einer Kontermutter oder wenigstens einer sich radial in die Wand des Zwischenstücks 13 geschraubten Sperrschraube 34, feststellbar. Der Teller des Ventilstößels 16 ist bei der dargestellten Ausführungsform zu einem Führungszylinder 17a verlängert, der an seinem oberen Ende einen erweiterten, tellerartigen Bund 31 aufweist, der in der Schließstellung des Ventils auf der oberen Stirnfläche des Anschlags 28 aufliegt, wie in 4 gezeigt ist.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist bei der Ausführungsform nach den 3 bis 5 die Bewegung des Ventilstößels 16 nicht durch das Aufsetzen auf dem Düseneinlauf 23 begrenzt, sondern durch das Aufsetzen seines tellerförmigen Bundes 31 auf die obere Stirnfläche des Anschlags 28, so dass zwischen dem unteren Ende des Ventilstößels 16 und dem Düseneinlauf 23 ein Restraum in der Dosierkammer 20 verbleibt, auch wenn sich das Ventil in seiner Schließstellung befindet. Das Volumen, das von dem wie ein Pumpkolben wirkenden Ventilstößel 16 nach dem Verschließen des Fluidzuführkanals 21a aus der Dosierkammer 20 verdrängt wird, hängt davon ab, wie weit der Anschlag 28 in das Zwischenstück 13 eingeschraubt ist. Somit lässt sich die Größe der von dem Ventil ausgespritzten Tröpfchen durch Verstellung des Anschlags 28 verstellen.
Das Zwischenstück 13 ist an dem Trägerkörper 1 mittels Schrauben 32 gehalten, während das Dosierkammergehäuse 19 am Zwischenstück 13 durch Schrauben 33 gehalten ist. Das Dosierkammergehäuse 19 kann somit von dem Zwischenstück unabhängig von der Befestigung des Zwischenstücks 13 am Trägerkörper 1 gelöst werden. Im Übrigen entspricht diese Ausführungsform in Aufbau und Funktion der Ausführungsform der 1 und 2, weshalb zur Erläuterung auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann, um Wiederholungen zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005005619 U1 [0001, 0004]
DE 202010013815 U1 [0001, 0004]
EP 2143503 A1 [0001, 0009, 0010]

Claims

Dosierventil, enthaltend: a) einen Trägerkörper (1), in dem eine Aktorkammer (2) ausgebildet ist, in welcher eine unter der Vorspannung einer Schließfeder (10) stehende, einen Bund (6) aufweisende Stößelstange (4) angeordnet ist, einen elektromagnetisch oder pneumatisch in Richtung auf den Bund (6) beschleunigbaren, in der Aktorkammer (2) axial frei beweglich geführten Schlagkörper (11), b) einen Ventilstößel (16) welcher durch eine Spiralfeder (18) axial gegen die Stößelstange (4) vorgespannt ist, und mit dem Dosierkammergehäuse (19) lösbar am Trägerkörper (1) befestigt ist, c) einen koaxial zum Ventilstößel (16) angeordneten Düseneinlauf (23) gegenüber welchem sich der Ventilstößel (16) bei Betätigung der Schlagkörpers (11) axial bewegen kann.
Ventil nach Anspruch 1, bei dem im Schließzustand das freie Ende des Ventilstößels (16) auf dem Düseneinlauf (23) aufsitzt.
Ventil nach Anspruch 1, bei dem ein axial zum Ventilstößel (16) verstellbarer Anschlag (28) vorgesehen ist, welcher zur Verstellung von außen zugänglich ist und auf welchen der Ventilstößel (16) mit seinem Bund (31) in der Schließstellung aufliegt, die Dosierkammer (20) einen Querschnitt aufweist, der von dem Ventilstößel (16) vollständig eingenommen wird und den Flüssigkeitszuführkanal (21a) in seiner Schließstellung verschließt.
Ventil nach Anspruch 3, bei dem der Anschlag (28) eine Rändelung (30), Stiftlöcher, einen Vielkant oder ähnliche, die Verstellung von außen erleichternde Mittel aufweist.
Ventil nach einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem am Anschlag (28) angreifende, lösbare oder arretierende Einrichtungen (34) vorgesehen sind, mittels denen er gegen Verstellung gesichert ist.
Dosierventilantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rückstellung des Ventilstößels (16) in die Ruhelage eine Spiralfeder, Blattfeder, Tellerfeder, pneumatische Feder, elektrische Feder oder ein Gummipuffer vorgesehen ist.