DE2511566C3 - Pneumatisch betätigbares Dosierventil insbesondere für schnell und intensiv bindende Kontaktkleber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch betätigbares Dosierventil, insbesondere für schnell und intensiv bindende Kontaktkleber, bestehend aus einem im wesentlichen axial symmetrischen, mehrteiligen Gehäuse mit einer koaxialen Kleberauslaßdüse, die mittels eines axial beweglichen, zumindest in Öffnungsrichtung pneumatisch beaufschlagbaren und in Schließrichtung unter Federdruck stehenden, aus einem Kolben und einem Stößel bestehenden Schließorgans von einem sich unmittelbar und koaxial an die Kleberauslaßdüse anschließenden Hohlraum trennbar ist, welchem der Kleber unter kontinuierlich anstehendem Druck zugeführt wird.

Bei solchen Dosierveniilen kommt es nicht nur darauf an, daß der zu verarbeitende Kleber in den dem jeweiligen Bedarf entsprechenden Mengen genau dosiert und plaziert auf die Klcbstelle der miteinander zu verbindenden Werkstücke aufgebracht werden kann, sondern es ist auch wichtig, daß nach der jeweiligen Kleberabgabe ein dichtes Schließen des Dosierventils stattfindet und daß die Funktionsfähigkeit des Dosierventils auch nach längeren Arbeitspausen erhalten bleibt. Die Hauptschwierigkeit besteht dabei darin, zu verhindern, daß das bewegliche Schließorgan des Dosierventils, welches zwangsläufig mit dem zu verarbeitenden Kleber in Berührung kommt, in seiner Schließstellung an seinem Gegenstück unlösbar festklebt und dadurch das Dosierventil unbrauchbar macht. Bekannte Dosierventile der eingangs genannten Art (US-BS 24 20 208 und 35 37 653) dienen ausschließlich zur Verarbeitung geschmolzener, thermoplastischer Klebstoffe, die jederzeit durch Wärmezufuhr nach einem evtl. Erkalten wieder flüssig gemacht und dadurch ihrer Klebwirkung wieder beraubt werden können. Für die Verarbeitung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber, wie beispielsweise Cyanacrylate, sind diese bekannten Dosierventile aus mehreren Gründen nicht geeignet Solche Kontaktkleber haben nämlich die Eigenschaft, nicht nur bei Luftzutritt, sondern auch unter Vakuum in dünnen Spalten, die zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, beispielsweise zwischen einem Kolben und der den Kolben umgebenden Zylinderwand in Sekundenschnelle intensiv und unlösbar zu binden. Außerdem dürfen solche Kleber innerhalb dos Dosierventils nicht mit Metallteilen in Berührung kommen, weil sie auf Metallteilen erhärten und sich in gehärteter Form allmählich zu stetig dicker werdenden Schichten aufbauen. Aus diesen Gründen sind die bekannten Dosiergeräte für die Verarbeitung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber nicht geeignet. Würde man sie dazu verwenden, würden nicht nur die Kolben und Stößel an ihren Führungswänden festsitzen, sondern auch schon nach dem ersten Austritt von Kleber die Düsen in Sekundenschnelle verstopft sein.

Daß diese bekannten Ventile für die Verarbeitung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber nicht geeignet sind, daß sie der erfindungsgemäßen Lösung nicht als Vorbild dienen konnten, geht auch zwingend daraus hervor, daß bei diesen bekannten Dosierventilen in den Führungswänden der Zylinder bzw. Stößel radiale Aastrittsöffnungen vorgesehen sind, durch welche der sich zwischen den Kolben und der Zylinderwaiid bzw. zwischen dem Stößel und der Stößelbohrung absetzender Kleber austreten kann.

■15 Bei einem anderen bekannten Dosierventil (US-PS 25 97 331), das in einer Kannen-Herstellungsmaschine zum Auslegen der gefalzten oder gerollten Enden von Blechkannen mit einer plastischen Kunststoffmasse dient, besteht die Auslaßdüse aus einem metallischen Hohlkegel, dessen Auslaßöffnung mittels einer koaxial dazu angeordneten und axial beweglichen Ventilnadel verschließbar ist. Die Ventilnadel besteht ebenfalls aus Metall und ist mittels eines metallenen Faltenbalges, den sie koaxial durchragt, und der zugleich als Schließfeder wirkt, mit einer die Rückseite des Ventilhohlraums abschließenden Metallplatte verlötet. An dem der Auslaßdüse zugekehrten Ende ist der Faltenbalg mit einer angelöteten Metallscheibe versehen, die eine zentrale Gewindebohrung hat, in welche die Ventilnadel

ω eingeschraubt ist. Auch dieses bekannte Dosierventil ist für die Verarbeitung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber nicht geeignet, weil einerseits sämtliche mit dem zu dosierenden Medium ir· Berührung kommenden Teile dieses Ventils aus Metall bestehen

M und weil aufgrund der sich zur Auslaßöffnung hin konisch verjüngenden Querschnittsform des Düsenhohlraumes und der konischen Spitze der Ventilnadel sich derartige ungünstige, d. h. spitzwinklige Hohlraum-

winkel ergeben, daß bei der Verarbeitung der genannten Kontaktkleber ein Festsitzen der Ventilnadel in der Ventildüse schon nach der ersten Berührung mit dem Kontaktkleber nicht zu vermeiden wäre.

Da bei diesem bekannten Ventil für die Betätigung des als Nadel ausgebildeten Schließorgans rein mechanische Mittel, nämlich eine Nocken- oder Kurvensteuerung vorgesehen sind und keine pneumatischen Steuervorrichtungen, fällt dieses Venti! nicht unter den erfindungsgemäßen Gattungsbegriff. Weil andererseits der Faltenbalg etwa in der axialen Mitte der Ventilkammer endet und die von der Ventilnadel koaxial durchsetzte Endscheibe des Faltenbalges wie Stirnfläche eines Pneumatik- oder Hydraulikkolbens wirkt und bei Druckbcaufschlagung des Arbeitsmediums in der Ventilkainmer auf die Ventilnadel eine axiale Kraft in Öffnungsrichtung ausübt, ist diese Ventilkonstruktion weder mit den vorgenannten anderen bekannten Ventilkonstruktionen vereinbar noch als Lösungshinweis für die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe verwertbar.

Speziell für die dosierte Abgabe von schnell und intensiv bindenden Kontaktklebern ist bereits ein Dosierventil entwickelt worden, bei dem das Schließorgan aus einer Membrane besteht, welche in ihrer Schließstellung durch einen dauernd anstehenden statischen pneumatischen Überdruck auf einen Ventilsitzring gepreßt wird. Die ebenfalls unter einem pneumatischen dauernd anstehenden Druck erfolgende Zufuhr des Klebers findet auf der dem anstehenden pneumatischen Schließdruck gegenüberliegenden Seite der Membrane statt und zwar durch eine achsparallel exzentrisch angeordnete Bohrung am Umfang des Ventilsitzringes. Das öffnen dieses Ventils erfolgt durch zeitweises Entlüften der Schließdruckkammer, so daß J5 infolge des Zuführdrucks der Kleber die Membrane von ihrem Ventilsitzring abheben und in die Abgabedüse gelangen kann. In der Praxis hat sich jedoch erwiesen, daß die Funktonsfähigkeit dieses bekannten Dosierventils insofern nicht zuverlässig ist, als insbesondere nach längeren Arbeitspausen ein unlösbares Festkleben der Membrane auf dem Ventilsitz erfolgt, wenn das ganze Gerät nicht unmittelbar nach dem Gebrauch gereinigt und völlig vom Kleber befreit wird.

Die Aufgabe der vorstehenden Erfindung ist es, ein verbessertes Dosierventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das zur Verarbeitung und Dosierung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber, z. B. Cyanacrylate, insofern besser geeignet ist, als die bekannten Dosierventile, als die Gefahr des unlösbaren Festklebens des beweglichen Schließorgans zumindest so weit verringert ist, daß auch nach längeren Arbeitspausen die Betriebsbereitschaft noch gewährleistet ist und mit dem eine wesentlich verbesserte Dosiergenauigkeit erzielbar ist.

Das erfindungsgemäße Dosierventil ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem düsenseitigen Ende des Stößels ein aus Kunststoff bestehender, mit einer schmalen, von einem Ringwulst gebildeten Ringfläche an der inneren Stirnfläche des Hohlraumes anliegender Schließkopf befestigt ist, der durch ein formelastisches, den Stößel umschließendes Zwischenstück mit einem lösbar zwischen einem den Hohlraum bildenden Gehäusekopf und dem den Kolben aufnehmenden Gehäuseteil eingespannten Gehäusezwischenring unun- t>i terbrochen einstückig verbunden ist.

Gegenüber dem als bekannten speziell für die Verarbeitung schnell und intensiv bindender Kontaktkleber entwickelten Dosierventil können beim erfindungsgemäßen Dosierventil nicht nur wesentlich kürzere Fließstrecken des Klebers erzielt werden, sondern es ist auch die Möglichkeit geschaffen, mit einem wesentlich höheren Arbeitsdruck das öffnen des Schließorgans zu bewirken, weil die Öffnungsbewegung nicht aufgrund des auf den Kleber wirkenden pneumatischen Fließdrucks, sondern durch einen davon unabhängigen und unbeeinflußten pneumatischen Arbeitsdruck beliebiger Stärke bewirkt werden kann, wie das bei anderen vorbekannten Dosierventilen, die jedoch aus anderen Gründen nicht zur Verarbeitung von Kontaktklebern der in Frage stehenden Art geeignet sind. Der Erfindung sind nicht nur die größtmögliche Funktionssicherheit und eine lange Lebensdauer gewährleistet, sondern es ist darüber hinaus der Vorteil erreicht, daß sich das Dosierventil auch verhältnismäßig einfach und billig herstellen läßt, da es praktisch aus lauter Drehteilen besteht, die z. T., d. h. soweit es sich um Gehäuseteile handelt, im Spritzguß- bzw. Fließpreßverfahren hergestellt werden können. Ein weiterer an sich bekannter Vorteil ist darin zu sehen, daß der Gehäusekopf, der den mit Kleber gefüllten Hohlraum bildet und in welchem sich auch der Stößel mit dem Schließkopf befindet, sich ohne weiteres vom übrigen Gehäuse entfernen läßt und umgekehrt eine einfache Montage des Schließkopfes auf den Stößel ermöglicht. Durch den Ringwulst des Schließkopfes wird eine optimal kleine Berührungsfläche zwischen dem Schließkopf und seinem Gcgenlager erzielt, die einerseits eine gute Abdichtung gewährleistet und andererseits aber die möglicherweise auftretenden verbindenden Klebekräfte so gering wie möglich hält.

Der Schließkopf kann entweder durch einen einstükkig angeformten Faltenbalg mit dem Gehäusezwischenring oder durch einen einstückig angeformten dünnwandigen Ringsteg mit dem Gehäusezwischenring verbunden sein. In beiden Fällen ist gewährleistet, daß der den Schließkopf umgebenden hohlraumfüllende Kleber mit anderen Funktionsteilen nicht in Berührung kommi und daß trotzdem eine ausreichende axiale Beweglichkeit des Schließkopfes vorhanden ist. Als weiterer Vorteil hat sich erwiesen, daß der Schließkopf mit Zwischenstück und Gehäusezwischenring aus Polytctrafluoräthylen besteht. Dieses Material besitzt auch gegenüber aggressiven Klebern die nötige Widerstandsfähigkeit und es weist auch bei sehr dünnwandiger Konstruktion eine sehr hohe Festigkeit und die für die Bewegung des Schiießkopfes notwendige Formelastizität auf. Zweckmäßigerweise sind auch die übrigen Gehäuseteile aus diesem Material hergestellt.

Dadurch, daß der Stößel in den Schließkopf eingeschraubt ist, ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich der Öffnungshub des Schließkopfes zum Zwecke der Vergrößerung oder Vermindung des Dosiervolumens verändert und bezüglich der jeweils zu dosierenden Abgabemengen exakt eingestellt werden kann. Andererseits ist dadurch die Möglichkeit gegeben, den Schließkopf vom Kolben auf einfache Weise zu trennen und ggf. durch einen neuen zu ersetzen.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Betriebsanordnung für das erfinujngsgemäße Dosierventil,

F i g. 2 das erfindungsgemäße Dosierventil im Schnitt,

Fig. 3 den Gehäusekopf mit Schließkopf und Gehäusezwischenring in Vergrößerung im Schnitt,

F i g. 4 im Maßstab der F i g. 2 die gleichen Teile wie die Fig.3 mit einer anderen Ausführungsform des formelastischen Zwischenstückes.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Dosierventil I, dessen konstruktiver Aufbau aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, ist durch einen Kleberzuführschlauch 2 an einen Klebervorratsbehälter 3 angeschlossen und durch eine Druckluftleitung 4 über ein Magnetventil 5 und einen Druckluftregler 7 an eine Druckluftquelle 8. Der obere Teil des Klebervorratsbehälters 3 ist durch eine Druckluftleitung 9 über einen weiteren Druckluftregler 10 und eine Leitung 11 ebenfalls an die Druckluftquelle 8 angeschlossen. Zur Überwachung sind den beiden Druckluftreglern 7 und 9 jeweils Manometer 12 und 13 zugeordnet. Die beiden Druckluftregler 7 und 10 mit ihren Manometern 12 und !3 sowie das Magnetventil 5 sind in Wirklichkeit in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und bilden das für den Betrieb des Dosierventils 1 notwendige pneumatische Steuergerät.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, besteht das Gehäuse des Dosierventils 1 aus drei zusammengesetzten, im wesentlichen zylindrischen Teilen, nämlich einem Gehäusekopf 14, einem Gehäusezwischenring 15 und einem Pneumatikzylinder 16. Alle drei Teile sind koaxial zueinander angeordnet und durch mehrere Schrauben 17 lösbar miteinander verbunden. Der Gehäusekopf 14 ist mit einer pipettenartigen Düse 18 versehen, die koaxial in einer Bohrung 19 der Stirnwand 20 befestigt ist. Im Gehäusekopf 14 befindet sich ein Hohlraum 21, der in radialer Richtung von einer konischen Innenwandung 22 und in axialer Richtung df'senseitig von einer planebenen Stirnfläche 23 der Stirnwand 20 und andererseits durch den Gehäusezwischenring 15 begrenzt wird. In diesen Hohlraum 21 mündet die Bohrung

25 eines Schlauchnippels 24, der radial in den Gehäusekopf 14 eingeschraubt ist. An diesen Schlauchnippel 24 ist der Klebezuführschlauch 2 angeschlossen.

Koaxial zur Düse 18 befindet sich im Hohlraum 21 ein Schließkopf 26, der eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist und an seiner düsenseitigen Stirnfläche einen Ringwulst 27 besitzt, welcher in Schließstellung dicht an der Stirnfläche 23 anliegt. Dieser Schließkopf

26 ist einstückig durch ein elastisches Zwischenstück, welches bei der Ausführungsform der F i g. 2 und 3 die Form eines Faltenbalges 28 aufweist, mit dem Gehäusezwischenring 15 verbunden, so daß der Gehäusekopf 26 aus der dargestellten Schließrichtung eine Axialbewegung relativ zum Gehäusekopf 14 und dem Gehäusezwischenring 15 ausführen kann.

Zur Erreichung dieser Axialbeweglichkeit des Schließkopfes 26 kann statt des Faltenbalges 28, wie in Fig.4 gezeigt ist, ein dünnwandiger Ringsteg 29 angeformt sein, der über ein hülsenartiges Verbindungsstück 30 einstückig mit dem Schließkopf 26 verbunden ist

Sowohl bei der Ausführungsform gem. F i g. 2 und 3, als auch bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 trennen die elastischen Zwischenstücke den Hohlraum 21 des Gehäusekopfes 14 von einem inneren Hohlraum 31 des aus dem Gehäusezwischenring 15, den elastischen Zwischenstücken 28, 29, 30 und dem Schließkopf 26 bestehenden Bauteiles. Durch diesen Hohlraum 31 ist in beiden Fällen ein zylindrischer Stößel 32 geführt, der in den Schließkopf 26 eingeschaubt ist und der mit einem Kolben 33 verbunden ist. Dabei ist der Stößel 32 in einer mit einem Dichtungsring 34 versehenen Axialbohrung 35 der Stirnwand 36 des Pneumatikzylinders 16 axial beweglich gelagert Der Kolben 33 sitzt in einem zylindrischen Hohlraum 37, in welchen die Bohrung 38 eines Schlauchnippels 39 mündet, der radial in den Pneumatikzylinder 16 eingeschraubt ist. An den Schlauchnippel 39 ist der Druckluftschlauch 4 angeschlossen.

Auf der dem Stößel 32 gegenüberliegenden Seite besitzt der Zylinder 33 einen koaxialen Führungszapfen 41, der in einer Axialbohrung 42 einer stirnseitig in den Pneumatikzyiinder eingeschraubten Schließ- und Führungsbuchse 43 geführt ist. Zwischen der stirnseitigen Wandung 44 der Schließ- und Führungsbuchse 43 und dem Kolben 23 befindet sich auf dem Führungszapfen 41 eine Druckfeder 45, die über den Stößel 35 den erforderlichen Schließdruck auf den Schließkopf 26 ausübt. Durch den in bezug auf den Zyiinderhohlraum 37 kleineren Innendurchmesser der Schließ-und Führungsbuchse 43 ist in Öffnungsrichtung des Schließkopfes 26 ein Anschlag geschaffen, der in der Schließstellung des Schließkopfes 26, je nach Einschraubtiefe des Stößels 32, von der gegenüberstehenden Kolbenstirnfläche 33' einen Abstand h von etwa 0,3 bis 0,5 mm aufweist.

Dieser Abstand a entspricht dem Öffnungshub des Schließkopfes 26.

Aufgrund des im Klebervorratsbehälter 3 dauernd anstehenden pneumatischen Überdruckes ist der Hohlraum 21 des Gehäusekopfes 14 dauernd mit Kleber gefüllt, der ebenfalls unter einem Überdruck steht Die Federkraft der Druckfeder 45 ist jedoch so stark, daß trotz dieses im Hohlraum 21 des Gehäusekopfes herrschenden Überdruckes der Schließkopf 26 dichtend an der planebenen Stirnfläche 23 anliegt und somit kein Kleber zur Düse 18 gelangen kann. Soll nun durch die Düse 18 Kleber abgegeben werden, so wird beispielsweise durch einen nicht dargestellten Fußschalter das

j5 elektrisch betätigbare Magnetventil 5 betätigt, so daß der Kolben 33 in Richtung des Pfeiles 46 beaufschlagt und unter Überwindung der Federkraft der Druckfeder 45 um die Hublänge Λ bewegt wird. Dadurch erfolgt auch eine entsprechende Öffnungsbewegung des Schließkopfes 26, so daß Kleber aus dem Hohlraum 21 des Gehäusekopfes 14 in bzw. durch die Düse 18 nach außen gelangt. Sobald das Magnetventil 5 wieder geschlossen und gleichzeitig über die Druckluftleitung 4 der Zylinderhohlraum 37 entlüftet wird, drückt die Druckfeder 45 den Schließkopf 26 wieder in seine Schließstellung. Die Abgase von Kleber durch die Düse 18 ist somit wieder unterbrochen.

Weil bekanntlich der Werkstoff Polytetrafluorethylen auch gegen aggresive Kleber besonders ressistent ist besteht auch zumindest der Gehäusekopf 14 aus diesem Werkstoff. Der Pneumatikzylinder 16 kann ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen hergestellt sein. Es läßt sich dafür aber ohne weiteres auch Metall, z. B. Messing oder Aluminium, verwenden. Kolben und Stößel 33/35 einschließlich des Führungszapfens 41 werden zweckmäßig aus Aluminium hergestellt während die Schließ- und Führungsbuchse 43 zweckmäßigerweise aus Messing besteht
Es ist aus der Zeichnung ohne weiteres erkennbar, daß der Kolben 33 mit seinem Stößel 32, der Schließkopf 26 und die Düse 18 koaxial zueinander angeordnet sind, und daß zwischen der durch die Stirnwand 23 des Gehäusekopfes 14, welche die Ebene der Schließstelle definiert, und der Düse 18 ein sehr

.·. minimaler Abstand besteht so daß dadurch geringstmögliche Fließwege des Klebers innerhalb des Dosierventils 1 gewährleistet sind. Da der Schließdruck des Schließkopfes 26 von der Druckfeder 45 aufgebracht

wird, ist eine sichere Schließung des Dosierventils 1 auch dann gewährleistet, wenn aus irgendeinem Grunde ein pneumatischer Druckabfall oder Druckwegfall auftreten sollte. Das unerwünschte Austreten von Kleber aus der Düse 18 ist dadurch sicher verhindert.

Das öffnen des Schließkopfes 26 läßt sich auch dann erreichen, wenn durch den im Hohlraum 21 des Gehäusekopfes 14 vorhandenen Kleber eine gewisse Kleb- bzw. Bindekraft zwischen dem Schließkopf 26 und

der Stirnwand 23 vorhanden sein sollte, denn es ist ohne weiteres möglich, den pneumatischen Druck auf den Kolben 33 so stark werden zu lassen, daB diese Bindekraft des Klebers überwunden und der Schließkopf 26 von der Stirnwand 23 abgerissen werden kann. Somit ist bei diesem Dosierventil ein größtmögliches Maß an Funktionssicherheit gewährleistet und auch eine exakte den jeweiligen Erfordernissen entsprechende Dosierung der Kleberabgabe ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009627/258

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch betätigbares Dosierventil für flüssige Kleber, insbesondere schnell und intensiv bindende Kontaktkleber, bestehend aus einem im wesentlichen axial symmetrischen, mehrteiligen Gehäuse mit einer koaxialen Klebeauslaßdüse, die mittels eines axial beweglichen, zumindest in Öffnungsrichtung pneumatisch beaufschlagbaren und in Schließrichtung unter Federdruck stehenden, aus einem Kolben und einem Stößel bestehenden Schließorgans von einem sich unmittelbar und koaxial an die Kleberauslaßdüse anschließenden Hohlraum trennbar ist, welchem der Kleber unter kontinuierlich anstehendem Druck zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem düsenseitigen Ende des Stößels (32) ein aus Kunststoff bestehender, mit einer schmalen, von einem Ringwulst (27) gebildeten Ringfläche an der inneren Stirnfläche (23) des Hohlraumes (21) anliegender Schließkopf (26) befestigt ist, der durch ein formelastisches, den Stößel (32) umschließendes Zwischenstück (28, 29) mit einem lösbar zwischen einem den Hohlraum (21) bildenden Gehäusekopf (14) und dem den Kolben (33) aufnehmenden Gehäuseteil (16) eingespannten Gehäusezwischenring (15) ununterbrochen einstückig verbunden ist.

2. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkopf (26) durch einen einstückig angeformten Faltenbalg (28) mit dem Gehäusezwischenring(15) verbunden ist.

3. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkopf (26) durch einen einstückig angeformten, dünnwandigen Ringsteg (29) mit dem Gehäusezwischenring (15) verbunden ist.

4. Dosierventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Schließkopf (26) mit Zwischenstück (28, 29) und Gehäusezwischenring (15) aus Polytetrafluoräthylen bestehen.

5. Dosierventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (32) in den Schließkopf (26) eingeschraubt ist.