DE29508916U1 - Dosing valve - Google Patents
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Description
hhs Leimauftrags-Systeme GmbH
31.05.1995hhs Glue Application Systems GmbH
31.05.1995
9361893618
Dosierventi LDosing valve L
Die Erfindung betrifft ein Dosierventil zum portionierbaren Austrag eines fLießfähigen oder fließfähig gemachten Mediums wie Kleber, Heißkleber, Farbe, Lack, Trennmittel oder dergleichen, mit einem an einem Trägerkörper anordenbaren Ventilkörper, der eine durchgehende Bohrung mit Anschluß an einen Zufuhrkanal zur Versorgung mit dem zu portionierenden Medium und einen in Pulsation mit Pumpwirkung antreibbaren Kolben, und der Ventilkörper einen zu einer Abgabeöffnung führenden Austrittskanal mit einem diesen ringförmig umgebenden Ventilsitz aufweist, der mit einer vom Kolben aus sich erstreckenden und am Ende ein VerschLußorgan aufweisenden stangenförmigen Verlängerung mit Ventilfunktion zusammenwirkt.The invention relates to a metering valve for the portionable dispensing of a fluid or fluid-made medium such as glue, hot glue, paint, varnish, release agent or the like, with a valve body that can be arranged on a carrier body and has a continuous bore with a connection to a supply channel for supplying the medium to be portioned and a piston that can be driven in pulsation with a pumping effect, and the valve body has an outlet channel leading to a dispensing opening with a valve seat that surrounds it in a ring and that interacts with a rod-shaped extension with a valve function that extends from the piston and has a closure member at the end.
Dosierventile nach dem Stand der Technik sind vielfach mit Verschluß- und Austragsvorrichtungen zur definierten, fallweise intermittierenden Freigabe eines fließfähigen oder fließfähig gemachten Mediums ausgestattet, die üblicherweise aus einem Ventilsitz, einem venti lsitzseitig mit dem Ventilsitz kompatiblen Verschlußorgan und einer daran anschließenden Austragsdüse bestehen. Der Ventilsitz kann sowohl in Flußrichtung vor der Düse als auch in der Düse selbst angeordnet und ausgebildet sein.State-of-the-art metering valves are often equipped with closure and discharge devices for the defined, intermittent release of a flowable medium or a medium that has been made flowable. These usually consist of a valve seat, a closure element on the valve seat side that is compatible with the valve seat, and a discharge nozzle connected to it. The valve seat can be arranged and formed either in front of the nozzle in the direction of flow or in the nozzle itself.
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Die DE 38 41 474 A1 beschreibt ein derartiges Ventil zur zeitgesteuerten hochfrequenten Abgabe von unter Druck stehendem flüssigem bis gelartigem Medium mit einem zu einer Abgabeöffnung führenden Kanal und einem den Kanal ringförmig umgebenden Ventilsitz. Mit dem Anker ist ein koaxial vorspringendes Ventilglied mit einer konischen Spitze verbunden, die mit einem ebenso ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt, der einen in Richtung der Achse verlaufenden Austrittskanal umgibt. Anker und Ventilglied sind von einer Feder beaufschlagt, so daß sich die Spitze normalerweise in Anlage an dem hohlkegelförmigen Ventilsitz hält, wodurch der Austritt von Medium durch den Austrittskanal unterbrochen wird.DE 38 41 474 A1 describes such a valve for the time-controlled, high-frequency dispensing of pressurized liquid to gel-like medium with a channel leading to a dispensing opening and a valve seat surrounding the channel in a ring. A coaxially projecting valve member with a conical tip is connected to the armature, which interacts with a similarly designed valve seat that surrounds an outlet channel running in the direction of the axis. The armature and valve member are acted upon by a spring, so that the tip normally rests against the hollow conical valve seat, which interrupts the outlet of medium through the outlet channel.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß der Strom des Mediums beim Schließen des Verschlußorgans nicht schlagartig unterbrochen wird, sondern kontinuierlich bis zum vollständigen Verschluß abgeschnürt wird. Beim öffnen ergibt sich in der ersten Phase infolge Zurückziehen der Spitze des Ventilgliedes zwischen dieser und dem Ventilsitz ein sich konisch öffnender KapiL larspaIt, der anfangs dem Durchfluß des Mediums entgegenwirkt. Diese Erscheinungen nehmen mit zunehmender Frequenz der zeitgesteuerten Abgabe sowie mit zunehmender Konsistenz des Mediums erheblich zu und führen schließlich zu unerwünschten Verzerrungen des Auftragsbildes bei dem mit hoher Geschwindigkeit vorbei Laufenden Produkt und zu einer geschwindigkeits-proportionaLen Fähnchenbildung beim Nutzbild. Dies führt infolge der Forderung zur Einhaltung geforderter Toleranzen beispielsweise bei einem punktförmigen Auftragsbild zur Begrenzung der erreichbaren Laufgeschwindigkeit des Produktes und damit zu einer unerwünschten Einengung der Produktionsgeschwindigkeit bzw.A significant disadvantage of this design is that the flow of the medium is not interrupted suddenly when the closure element is closed, but is cut off continuously until it is completely closed. When opening, in the first phase, as the tip of the valve element is pulled back, a conically opening capillary gap occurs between the valve element and the valve seat, which initially counteracts the flow of the medium. These phenomena increase considerably with increasing frequency of the time-controlled release and with increasing consistency of the medium and ultimately lead to undesirable distortions of the application pattern when the product is running past at high speed and to a speed-proportional formation of flags in the working pattern. As a result of the requirement to comply with required tolerances, for example with a point-shaped application pattern, this leads to a limitation of the achievable running speed of the product and thus to an undesirable restriction of the production speed or
' &idigr; &iacgr; I * I Il I * ... «'&idigr;&iacgr; I * I Il I * ... «
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-kapazität.-capacity.
Ein weiterer Nachteil bekannter Düsenausführungen ist darin zu sehen, daß der Strahl bei freiem Flüssigkeitsaustritt, wie er bei Anwendungen derartiger Dosierventile beim Auftrag von Leim oder dergleichen ohne Kontakt der Düse mit dem Produkt gegeben ist, infolge von Rauhigkeiten im Düsenkanal und an der Austrittsöffnung nicht scharf genug gebündelt und gelegentlich abweichend von der Achse der Düsenbohrung austritt.A further disadvantage of known nozzle designs is that the jet, when the liquid is discharged freely, as is the case when using such dosing valves when applying glue or the like without the nozzle coming into contact with the product, is not focused sharply enough due to roughness in the nozzle channel and at the outlet opening and occasionally exits deviating from the axis of the nozzle bore.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dosierventil der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile, Schwierigkeiten und technischen Grenzen zu verbessern und derart weiter zu entwickeln, daß beim öffnen des Verschlußorgans ein spontaner Austritt einer zeitgesteuerten Abgabemenge eingeleitet und beim Schließen des Verschlußorgans ein spontaner Abriß des strömenden Mediums sowie eine scharfe Bündelung des intermittierend austretenden Flüssigkeitsstrah Ls erreicht wird.Based on this state of the art, the invention is based on the task of improving a metering valve of the type mentioned in the preamble of claim 1 while avoiding the aforementioned disadvantages, difficulties and technical limitations and of developing it further in such a way that when the closure member is opened, a spontaneous discharge of a time-controlled discharge quantity is initiated and when the closure member is closed, a spontaneous break-off of the flowing medium and a sharp bundling of the intermittently emerging liquid jet is achieved.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Dosierventil der eingangs genannten Art mit der Erfindung dadurch, daß der Ventilsitz kegelförmig und das Verschlußorgan kugelförmig ausgebildet sind, und daß sowohl der Ventilsitz einschließlich dem Austrittskanal als auch das Verschlußorgan aus vergleichsweise hartem, feinstrukturiertem Material wie Hartmetall oder keramischem Werkstoff bestehen, und daß deren Flächen mit extrem hoher Oberflächengüte und extrem geringer Rauhtiefe ausgebildet sind.The solution to the problem is achieved with a metering valve of the type mentioned at the beginning with the invention in that the valve seat is conical and the closure member is spherical, and that both the valve seat including the outlet channel and the closure member are made of a relatively hard, finely structured material such as hard metal or ceramic material, and that their surfaces are designed with an extremely high surface quality and an extremely low roughness depth.
überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß bei derSurprisingly, it has been found that the
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kreisförmigen Linienberührung des kugelförmigen Verschlußorgans im kegelförmigen Ventilsitz infolge der extrem glatten und damit flüssigkeitsabweisenden Oberfläche der Verschlußelemente des Dosierventils bei dessen spontaner öffnung und spontanem Verschluß das Medium einerseits praktisch verzögerungslos in Richtung des Austritts beschleunigt und andererseits nach Schließen des Dosierventils ebenfalls praktisch verzögerungslos gestoppt wurde.circular line contact of the spherical closure element in the conical valve seat as a result of the extremely smooth and thus liquid-repellent surface of the closure elements of the metering valve, during its spontaneous opening and spontaneous closure the medium was on the one hand accelerated practically without delay in the direction of the outlet and on the other hand was also stopped practically without delay after the metering valve was closed.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der harte metallische Werkstoff beispielsweise Wolf ramkarbid-Hartnoetal I und der harte keramische Werkstoff gesintertes Metalloxid, beispielsweise Korund ist. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß diese beispielhaft angegebenen Werkstoffe die Ausführung des erfindungsgemäßen Dosierventils nicht ausschließlich bestimmen, sondern daß auch andere Hartmaterialien bei entsprechenden Herstellungsverfahren für die Ausbildung der Verschlußelemente des Dosierventils in Frage kommen.One embodiment of the invention provides that the hard metallic material is, for example, tungsten carbide Hartnoetal I and the hard ceramic material is sintered metal oxide, for example corundum. However, it is expressly pointed out that these materials given as examples do not exclusively determine the design of the metering valve according to the invention, but that other hard materials can also be used to form the closure elements of the metering valve using appropriate manufacturing processes.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberfächengüte der VerschLußelemente durch eine maximal zulässige Rauhtiefe von ca. 2 pm bestimmt wird. Sie kann aber auch durch eine Rauhtiefe zwischen 3 und 10 &mgr;&eegr;» bestimmt werden. Dies hängt z. B. vom verwendeten Material und dem adäquaten Herstellungsverfahren ab.According to a further embodiment of the invention, the surface quality of the closure elements is determined by a maximum permissible roughness depth of approx. 2 pm. However, it can also be determined by a roughness depth between 3 and 10 μm. This depends, for example, on the material used and the appropriate manufacturing process.
Eine weitere erfindungswesentliche Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeöffnung am Schnittpunkt des Austrittskanals und der dazu quer in der Ebene gelegenen Abschlußfläche scharfkantig ausgebildet ist. Die scharfe Austrittskante der Düsenbohrung ergibt die Wirkung einerA further embodiment essential to the invention is characterized in that the discharge opening is designed with sharp edges at the intersection of the outlet channel and the end surface located transversely in the plane. The sharp outlet edge of the nozzle bore produces the effect of a
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Strömungsabrißkante und verhindert FähnchenbiLdung oder Nachschmieren durch unsauber austretendes Medium.Flow separation edge and prevents flagging or relubrication due to uncleanly escaping medium.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Merkmalen der Unteransprüche vorgesehen.Advantageous embodiments of the invention are provided according to the features of the subclaims.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.Further details, features and advantages emerge from the following explanation of an embodiment shown schematically in the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Axialschnitt des Dosierventils,,Fig. 1 an axial section of the dosing valve,
Fig. 2 im Axialschnitt und in vergrößertem Maßstab die Verschlußelemente des Dosierventils.Fig. 2 shows the closure elements of the dosing valve in axial section and on an enlarged scale.
Das in der Figur 1 dargestellte Dosierventil zum portionierbaren Austrag eines fließfähigen oder fließfähig gemachten Mediums wie Kleber, Heißkleber, Farbe, Lack oder dergleichen weist einen an einem Trägerkörper (13) anordenbaren Ventilkörper (6) auf. Der Trägerkörper (13) besitzt eine durchgehende Bohrung (5) mit Anschluß an einen nicht gezeigten Zufuhrkanal zur Versorgung mit zu portionierendem Medium und einen in Pulsation mit Pumpwirkung antreibenden Kolben (10). Der Ventilkörper (6) weist einen zu einer Abgabeöffnung (8) führenden Austrittskanal (1) mit einem diesen ringförmig umgebenden Ventilsitz (7) auf, der mit einer vom Kolben (10) aus sich erstreckenden und am Ende ein Verschlußorgan (2) aufweisenden stangenförmigen VerlängerungThe metering valve shown in Figure 1 for the portionable discharge of a flowable or flowable medium such as glue, hot glue, paint, varnish or the like has a valve body (6) that can be arranged on a carrier body (13). The carrier body (13) has a through-bore (5) with a connection to a feed channel (not shown) for supplying the medium to be portioned and a piston (10) that is driven in pulsation with a pumping effect. The valve body (6) has an outlet channel (1) leading to a discharge opening (8) with a valve seat (7) that surrounds it in a ring and that is provided with a rod-shaped extension that extends from the piston (10) and has a closure member (2) at the end.
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(4) mit VentiLfunktion zusammenwirkt.(4) interacts with valve function.
Die Erfindung sieht vor, daß der VentiLsitz (7) kegelförmig und das Verschlußorgan (2) kugelförmig ausgebildet sind, und daß sowohl der Ventilsitz (7) einschließlich dem Austrittskanal (1), als auch das Verschlußorgan (2) aus vergleichsweise hartem, fein strukturiertem Material wie Hartmetall oder keramischem Werkstoff bestehen, und daß deren Flächen mit extrem hoher Oberflächengüte und extrem geringer Rauhtiefe ausgebildet sind.The invention provides that the valve seat (7) is conical and the closure member (2) is spherical, and that both the valve seat (7) including the outlet channel (1) and the closure member (2) are made of a relatively hard, finely structured material such as hard metal or ceramic material, and that their surfaces are designed with an extremely high surface quality and an extremely low roughness depth.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß entsprechend einer Ausgestaltung nach der Erfindung der harte metallische Werkstoff beispielsweise Wolframkarbid-Hartmetall und der harte keramische Werkstoff gesintertes Metalloxid, beispielsweise Korund ist. Dabei ist weiter vorgesehen, daß die Oberflächengüte der Verschlußelemente (2, 7) durch eine maximal zulässige Rauhtiefe von ca. 2 pm bestimmt wird. Sie kann aber auch durch eine Rauhtiefe zwischen 3 und 10 &mgr;&eegr;&igr; bestimmt werden, was mit einer vom Fachmann im Ermessen zu bestimmenden Wahl der Hartmaterialien und deren Oberflächenbearbeitung von Fall zu Fall zu entscheiden sein wird.This is achieved in particular by the fact that, according to an embodiment of the invention, the hard metallic material is, for example, tungsten carbide hard metal and the hard ceramic material is sintered metal oxide, for example corundum. It is further provided that the surface quality of the closure elements (2, 7) is determined by a maximum permissible roughness depth of approx. 2 pm. However, it can also be determined by a roughness depth between 3 and 10 μm, which will have to be decided on a case-by-case basis by the expert in the discretion of choosing the hard materials and their surface treatment.
Das Dosierventil mit dem Trägerkörper (13) nimmt in der zentralen Bohrung (5) den Kolben (10) auf, der seinerseits die Axialbohrung (11) und die Querbohrung (12) zum Durchtritt des Mediums aufweist. Am unteren Bereich des Kolbens (10) ist die stangenförmige Verlängerung (4) am Ende mit der Verschlußkugel (2) ausgebildet. Aus der Darstellung geht weiter hervor, daß die Abgabeöffnung (8) am Schnittpunkt des Austrittskanals (1) und der dazu quer in der Ebene (x-x) gelegenen AbschlußflächeThe metering valve with the carrier body (13) accommodates the piston (10) in the central bore (5), which in turn has the axial bore (11) and the transverse bore (12) for the passage of the medium. At the bottom of the piston (10) the rod-shaped extension (4) is formed at the end with the closure ball (2). The illustration also shows that the discharge opening (8) is at the intersection of the outlet channel (1) and the end surface located transversely to it in the plane (x-x).
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(20) scharfkantig ausgebildet ist.(20) has sharp edges.
Der Zusammenschau der Figuren 1 und 2 ist zu entnehmen, daß das kugeLförmige VerschLußorgan (2) einen Durchmesser aufweist, der um einen Faktor zwischen 2 und 10-maL größer ist aLs der Durchmesser des AustrittskanaLs (1). Der Durchmesser der Kugel (2) und der öffnungswinkel des Ventilsitzes (7) sind relativ zueinander so dimensioniert, daß bereits bei minimaler axialer Hubbewegung der Kugel (2) spontan ein ringförmiger Durchtrittsspalt im Ventilsitz (7) freigegeben wird, der bewirkt, daß die Flüssigkeit spontan in Bewegung gesetzt und beim Schließen spontan abgeschnürt wird. Dabei unterstützt die Ventilkugel (2) die Pumpwirkung des Dosierkolbens (10). When looking at Figures 1 and 2 together, it can be seen that the spherical closure member (2) has a diameter that is between 2 and 10 times larger than the diameter of the outlet channel (1). The diameter of the ball (2) and the opening angle of the valve seat (7) are dimensioned relative to one another in such a way that even with minimal axial stroke movement of the ball (2), an annular passage gap is spontaneously opened in the valve seat (7), which causes the liquid to be spontaneously set in motion and to be spontaneously cut off when closed. The valve ball (2) supports the pumping action of the metering piston (10).
Eine weitere, die Herstellung begünstigende Ausgestaltung sieht vor, daß das kugelförmige Verschlußorgan (2) in einer einseitigen Sacklochbohrung (21) ein bevorzugt als Spannhülse ausgebildetes VerbindungseLement (3) aufnimmt, mit dem es in eine kompatible Aufnahmebohrung (22) in der stangenförmigen Verlängerung (4) des Kolbens (10) einsteckbar und austauschbar ist.A further design that facilitates production provides that the spherical closure member (2) receives a connecting element (3), preferably designed as a clamping sleeve, in a one-sided blind hole (21), with which it can be inserted and exchanged in a compatible receiving hole (22) in the rod-shaped extension (4) of the piston (10).
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, daß der Ventilsitz (7) in einem Einsatzstück (9) ausgebildet ist, das seinerseits in eine Aufnahmebohrung (23) des Ventilkörpers (6) bevorzugt mit Paßsitz Lose einlegbar ist. Dies ist für die HerstelLung besonders vorteiLhaft, weiL damit das Einsatzstück (9) und die Ventilkugel (2), die aus besonders hartem Werkstoff bestehen und mit speziellen Bearbeitungsmethoden hergesteLlt werden können, wogegen die übrigen Teile des DosierventiLes aus magnetischen oder unmagnetischen, relativ zu den Verschlußelementen (2, 7) weichen metallischen MaterialienFurthermore, it is advantageously provided that the valve seat (7) is formed in an insert piece (9), which in turn can be loosely inserted into a receiving bore (23) of the valve body (6), preferably with a snug fit. This is particularly advantageous for production, because it enables the insert piece (9) and the valve ball (2), which consist of particularly hard material and can be manufactured using special processing methods, whereas the other parts of the metering valve are made of magnetic or non-magnetic metallic materials that are soft relative to the closure elements (2, 7).
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bestehen und anders bearbeitet werden können.exist and can be processed differently.
Und schließlich wird die Herstellung des Dosierventils dadurch begünstigt, daß entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Ventilkörper (6) bevorzugt mit einer Überwurfmutter (24) am Trägerkörper (13) anordenbar ist, wie dies die Ausführung der Figur 2 zeigt.And finally, the manufacture of the metering valve is facilitated by the fact that, according to a further embodiment, the valve body (6) can preferably be arranged with a union nut (24) on the carrier body (13), as shown in the embodiment of Figure 2.
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