DE3631343A1 - Verfahren zum dosieren von fluessigen bis hochviskosen medien mit ueberwachung der mediumsabgabe sowie dosierventil zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von flüssigen bis hochviskosen Medien mit Überwachung der Me­ diumsabgabe sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes Dosier­ ventil.

Die Verwendung von Dosiereinrichtungen, insbesondere für die Verarbeitung von hochviskosen Medien, wie sie z. B. in der DE-PS 26 42 889 beschrieben sind, zur feindosier­ ten Befettung von Lagerstellen oder zur Lötfettauftragung in kleinsten Mengen, erfordert, wenn der Arbeitslauf auto­ matisch mit hoher Dosierfrequenz erfolgen soll, eine eben­ falls automatisch arbeitende Überwachung der Mediumsabgabe, die sowohl die tatsächlich erfolgte Abgabe als auch das Ausbleiben derselben signalisiert und in Maßnahmen umsetzt, die eine weitgehend ausschußfreie Produktion der zu be­ fettenden Werkstücke gewährleistet.

Um die Mediumsabgabe überwachen zu können, ist es be­ kannt Lichtschranken zu verwenden, wobei bei gleichseitiger Anordnung von Sender und Empfänger der Lichstrahl vom Me­ dium reflektiert bzw. bei gegenüberliegender Anordnung von Sender und Empfänger der Lichtstrahl unterbrochen wird. Eine derartige Lichtschranke ist jedoch für die Erfassung feindosierter Kleinstmengen nicht geeignet, da die Medium­ masse zu winzig ist, um nach diesem Verfahren eindeutige Signale zu erhalten, die eine brauchbare Überwachung zu­ lassen. Das gleiche gilt auch für die Ultraschallabtastung, da kleine Mediummengen kein ausreichendes Kriterium ab­ geben.

Auch Einrichtungen, bei denen die Temperatur des Me­ diums für die Feststellung der erfolgten Mediumsabgabe herangezogen wird, lassen keine eindeutige Aussage zu, da die hauchdünne, auf die zu benetzende Oberfläche des Werk­ stückes aufgetragene Mediumsschicht sofort die Temperatur des Werkstückes annimmt. Außerdem läßt die Trägheit der Meßwerterfassung eine Anwendung dieser Methode bei hohen Dosierfrequenzen nicht zu.

Schließlich scheidet auch die elektro-akustische Lösung, wonach der beim Austritt des Mediums aus der Düsenmündung bzw. beim Aufprall auf die zu benetzende Oberfläche entstehende Schall elektronisch erfaßt wird, als nur bedingt brauchbar aus, da die in Fabrikhallen vorhandenen Geräusche mit in die Erfassung eingehen und so zu Fehlsignalen beitragen. Hier kann nur eine isolierte Aufstellung in abgeschirmten Räumen einwandfreie Resul­ tate bringen.

Außerdem haben die bekannten Dosiereinrichtungen, bei denen die zu dosierende Menge von der Öffnungszeit des Auslaßventils und von der Druckbeaufschlagung im Vor­ ratsbehälter abhängig ist, den Nachteil einer ungenauen Mengenabgabe. Hier wird das Medium bei geöffnetem Ventil vom Vorratsbehälter über den Ventileinlaß, der Absperr­ stelle und dem Ventilauslaß einer Abgabedüse zugeführt, wobei schon geringe Schwankungen der Temperatur, der Vis­ kosität des Mediums und des Preßluftdruckes zu äußerst ungenauen Dosierungen führen.

Demgemäß besteht die Erfindungsaufgabe darin, ein Verfahren zum Dosieren von flüssigen bis hochviskosen Me­ dien mit Überwachung der Mediumsabgabe und ein nach dem Verfahren arbeitendes Dosierventil zu schaffen, das eine genaue Dosierung garantiert und gleichzeitig für eine genaue Überwachung der erfolgten oder unterbliebenen Do­ sierung geeignet ist und bei der alle zuvor erwähnten Un­ sicherheitsfaktoren ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zum Ausdruck kommende Verfahren so­ wie durch das Dosierventil, mit welchem das Verfahren durchgeführt wird, gelöst.

Mit dem gefundenen Lösungsvorschlag, nämlich

• 1. die Dosis in einer festumrissenen Kammer festzulegen, so daß sich keine schädlichen Einflüsse der zuvor genann­ ten Art auf die Dosierung auswirken können, d. h. daß die Füll­ menge ein stets gleichbleibendes Volumen hat, und
• 2. die in der Kammer befindliche dosierte Mediumssäule bis zum Ausstoß des Mediums aus der Kammer als hydrauli­ schen Stößel zu verwenden, der die Hubbewegung des Ver­ drängerkolbens über einen Gegenkolben nach außen überträgt, wo der Hub zur Auswertung von einem Initiator abgenommen wird, ist eine genau bemessene Dosierung verbunden mit einer zuverlässigen Überwachung der Medienabgabe erreicht.

Wenn also dosiertes Medium in der Kammer vorhanden ist, erhält beim Ausstoß des Mediums der Initiator vom Gegenkolben zwangsläufig ein Erfolgssignal. Bei einer Zu­ fuhrstörung oder bei leer gewordenem Vorratsbehälter be­ findet sich kein Medium in der Kammer, so daß der nächste Ausstoßhub ein Leerhub ist, der durch Ausfall des hydrau­ lischen Stößels nicht auf den Gegenkolben übertragen wer­ den kann. In diesem Fall wird vom Initiator ein Störsig­ nal ausgelöst.

Desgleichen wird ein Störsignal ausgelöst, wenn sich im Medium Luftblasen befinden, da die Luft beim Abwärts­ hub des Verdrängerkolbens in der Dosierkammer komprimiert wird und somit auf den unter Federwirkung stehenden Gegen­ kolben ohne Einfluß bleibt.

Das für die Ausführung des Verfahrens bestimmte Do­ sierventil wird durch die im Patentanspruch 3 zum Ausdruck kommenden Merkmale gelöst, wobei weitere Einzelheiten der Erfindung aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschrei­ bung und Zeichnung zu entnehmen sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäß ausgebildeten Dosierventils dargestellt.

Das Ventilgehäuse besteht aus einem zylindrischen Rohrkörper 1, der am oberen und unteren Ende mit Verschluß­ stücken 2 und 3 verschlossen ist. Im oberen Zylinderraum 4 des Rohrkörpers 1 ist ein pneumatisch betätigbarer Kolben 5 untergebracht, der auf seiner Unterseite unter der Wirkung einer Druckfeder 6 steht. Auf der Oberseite wird der Kolben 5 von Druckluft beaufschlagt, die über eine Druckleitung 7 in den Zylinderraum 4 gelangt. Eine in den Zylinderraum 4 unterhalb des Kolbens 5 einmündende Bohrung 8 dient der Entlüftung.

Mit dem Betätigungskolben 5 ist über ein die Feder 6 abstützendes Widerlager 9 ein Schaft 10 verbunden der in einer Buchse 11 Führung erhält und dessen freies Ende einen das Medium ausstoßenden Verdrängerkolben 12 bildet. Der Verdrängerkolben 12 ragt in ein Kammerrohr 13 hinein, das im mittleren Teil eine Dosierkammer 14 für das zu dosie­ rende Medium bildet. Das Kammerrohr 13 ist an beiden Enden zwischen zwei in den Rohrkörper 1 eingeschraubten Buchsen 11 und 15 axial verspannt gehalten.

Der Dosierkammer 14 wird das Medium über einen Einlaß 16 zugeführt. Oben ist die Dosierkammer 14 durch den Boden des Verdrängerkolbens 12 und unten durch einen Gegenkolben 17 begrenzt, der durch eine Feder 18 in Ausgangsposition gehalten wird und hierbei den Mediumsauslaß 19 absperrt. Der zylindrische Kammerraum 14 bildet mit den beiden Böden der Kolben 12 und 17 einen in seinem Aufnahmevolumen unver­ änderlichen Hohlraum, so daß ein stets gleichbleibendes Quantum dosiert wird.

Der Gegenkolben 17 durchdringt mit seinem der Kammer 14 abgewandten Ende die Buchse 15 und ist in einem als Widerlager für die Feder 18 dienenden Teil 20 befestigt, das mit einem Zapfen 21 durch eine Bohrung des Verschluß­ stückes 3 am unteren Ende des Rohrkörpers 1 nach außen ragt. Im Hubbereich des Zapfens 21 ist ein Initiator 22 vorgesehen, der den Hubimpuls des Zapfens 21 bei Abgabe des dosierten Mediums aufnimmt und in eine Ausgangsspan­ nung umsetzt, die einem Sollwert-Istwertvergleicher 23 zugeführt wird.

Am oberen Ende des Rohrkörpers 1 ist ein weiterer Initiator 24 für die Abgabe des Sollwertimpulses vorgese­ hen, der mit dem Schaft 10 des Verdrängerkolbens 12 über das Federwiderlager 9, Zwischenglied 25 mit dem Zapfen 26 in Wirkverbindung steht. Der Initiator 24 nimmt den Hubimpuls des Zapfens 26 auf und setzt ihn in eine Soll­ wertspannung um, die dem Vergleicher 23 zugeführt wird.

Um die Mediumdosis in seiner Menge dem Bedarf anpas­ sen zu können, ist auf dem Zwischenglied 25 eine Kappe 27 aufgeschraubt, die als Hubbegrenzer dient und mit dem Ver­ schlußstück 2 als Widerlager zusammenwirkt. Durch verstel­ len der Gewindekappe 27 läßt sich der Hub des Verdränger­ kolbens 12 stufenlos den Mengenforderungen anpassen.

Außerdem ist dem Einlaß 16 ein Rückschlagventil 28 vor­ geschaltet, um beim Verdrängungshub des Kolbens 12 ein Rückströmen des Mediums aus der Dosierkammer 14 zu verhin­ dern. Ebenso ist dem Auslaß 19 ein Rückschlagventil 29 nach­ geschaltet.

Die Wirkungsweise des elektronisch gesteuerten und vollautomatisch arbeitenden Dosierventils ist nun folgende:
Das in einem nicht dargestellten Vorratsbehälter befind­ liche durch Luftdruck beaufschlagte Medium, z. B. Schmier­ fett, wird der Dosierkammer 14 des Dosierventils über den Einlaß 16 zugeführt. Der Verdrängerkolben 12 befindet sich hierbei, durch die Feder 6 angehoben, in Ausgangsposition, in welcher der Einlaß 16 freigegeben ist. Ferner befindet sich der Gegenkolben 17, von der Feder 18 angehoben, eben­ falls in Ausgangsposition, in welcher der Auslaß 19 ver­ schlossen ist. Die Kraft der Feder 18 ist höher bemessen, als die Kraft des Mediumdruckes, so daß der Gegenkolben 17 beim Füllen der Dosierkammer 14 diese Ausgangsposition bei­ behält. Sobald die Kammer 14 gefüllt ist, wird auf den Be­ tätigungskolben 5 über die Leitung 7 ein Druckluftstoß ge­ geben, so daß der Verdrängerkolben 12 in die Dosierkammer 14 eindringt und dabei den Einlaß 16 schieberartig ver­ schließt.

Das in der Dosierkammer 14 befindliche Medium wirkt in dem nun hermetisch abgeschlossenen Raum als hydrauli­ scher Stößel und drückt den Gegenkolben 17 gegen die Wir­ kung der Feder 18 nach unten, wobei der Auslaß 19 vom Ge­ genkolben schieberartig freigegeben wird. Das Medium wird auf diese Weise aus der Dosierkammer herausgedrückt in die Leitung 30 zur Abgabedüse 31. Die Abgabedüse 31 gibt das Medium in der vom Ventil dosierten Menge an die zu benetzende Oberfläche ab.

Während der Kolben 12 das Medium aus der Kammer 14 herauspreßt, wird durch den Abwärtshub des Zapfens 26 über den Initiator 24 an den Vergleicher 23 ein Impuls gegeben, der zusammen mit dem Gegenimpuls, der durch den am gegenüberstehenden Ventilende angeordneten Zapfen 21 des von der Mediumssäule herabgedrückten Gegenkolbens 17 über den Initiator 22 ausgelöst wird, im Vergleicher zu einem Erfolgssignal verarbeitet wird.

Bleibt dagegen bei leerer Dosierkammer 14 oder bei Vorhandensein einer Luftblase der Gegenimpuls aus, da der Gegenkolben keinen Hub ausführt und somit auch nicht mit dem Initiator 22 kontaktieren kann, so wird vom Verglei­ cher ein Störsignal abgegeben, das zur Alarmgabe oder auch zur Abschaltung von Anlagenteilen oder Apparaten einsetz­ bar ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Dosieren von flüssigen bis hoch­ viskosen Medien mit Überwachung der Mediumsabgabe, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• a) daß das unter Druck stehende Medium zur Dosierung einer mit gesteuerten Ein- und Auslässen versehenen Dosier­ kammer eines Dosierventils zugeführt wird,
• b) daß danach für den Ausstoß des dosierten Mediums durch einen Verdrängerkolben, der Einlaß der gefüllten Dosier­ kammer vom Verdrängerkolben schieberartig abgesperrt wird und daß der Kolbenhub nach außen übertragen wird zur Umsetzung in ein Referenzsignal,
• c) daß der vom Verdrängerkolben ausgeübte Druck über die in der Zylinderkammer befindliche Mediumssäule, die als hydraulischer Stößel wirkt, auf einen Gegenkolben über­ tragen wird,
• d) daß der Gegenkolben nach kurzem Hub den Auslaß der Zy­ linderkammer schiebeartig für die Abgabe des dosierten Mediums freigibt, wobei gleichzeitig der Hub des Gegen­ kolbens nach außen übertragen wird zum Umsetzung der erfolgten Mediumsabgabe in ein zweites Signal und
• e) daß das Referenzsignal mit dem zweiten Signal zu einem Erfolgssignal zusammengefaßt wird, während das Ausblei­ ben des zweiten Signals bei unterbliebener Mediumsab­ abgabe zu einem Störsignal führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Verdrängerkolben abgegebene Referenzsig­ nal beim Zusammentreffen mit dem zweiten Signal des Gegen­ kolbens die Freigabe des nächsten Dosiervorganges auslöst.

3. Dosierventil zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein zylin­ derförmiges Gehäuse (1) mit den nachfolgend genannten axial hintereinander angeordneten Bauelementen:

• a) ein mit Druckluft beaufschlagter, gegen die Wirkung einer Feder (6) arbeitender Betätigungskolben (5) mit den Kolbenhub nach außen weitergebendem Zapfen (26),
• b) ein mit dem Betätigungskolben (5) verbundener Verdrän­ gerkolben (10, 12), dem gleichachsig gegenüberliegend ein unter der Wirkung einer Feder (18) stehender Gegen­ kolben (17) mit den Kolbenhub nach außen weitergebendem Zapfen (21) angeordnet ist,
• c) eine zwischen den beiden Kolben (12, 17) liegende Do­ sierkammer (14), in welcher der Verdrängerkolben (12) beim Verdrängungshub eintaucht und die mit einer oberen seitlichen vom Verdrängerkolben schieberartig absperr­ baren Einlaßöffnung (16) und einer unteren seitlichen vom Gegenkolben (17) schieberartig freigebbaren Aus­ laßöffnung (19) versehen ist, und daß
• d) die beiden nach außen ragenden Zapfen (21, 26) mit den Hub der beiden Kolben (12, 17) abtastenden Initiatoren (22, 24) zur Überwachung der Mediumsabgabe berührungs­ los korrespondieren.

4. Dosierventil zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) daß die Dosierkammer (14) aus einem rohrförmigen Kam­ merrohr (13) mit seitlich angeordneten Ein- und Auslaß­ öffnungen (16, 19) besteht,
• b) daß die Einlaßöffnung (16) am einen Ende und die Aus­ laßöffnung (19) am anderen Ende der Dosierkammer (14) vorgesehen ist,
• c) daß im Kammerrohr (13) ein pneumatisch angetriebener Verdrängerkolben (12) angeordnet ist und daß auf der dem Kolben (12) gegenüberliegenden Seite ein unter Federwirkung stehender, die Mediumsabgabe nach außen signalisierender Gegenkolben (17) vorgesehen ist, wo­ bei der Zylinderraum zwischen den beiden Kolben (12, 17) die Dosierkammer bildet und
• d) daß die Kolben gleichzeitig die Ein- und Auslaßöffnun­ gen (16, 19) steuernde Schieber sind.

5. Dosierventil nach einem der beiden Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurch­ messer des die Kolben (12, 17) aufnehmenden und die Dosier­ kammer (14) bildenden Zylinderkörpers (13) gleichbleibend ist.

6. Dosierventil nach einem oder mehreren der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier­ kammer (14) aus einem zwischen zwei Buchsen (11, 15) im Ventilgehäuse (1) koaxial verspannt gehaltenen Rohrstück (13) besteht, dessen obere und untere Öffnung von den beiden Kolben (12, 17) verschlossen ist.

7. Dosierventil nach einem oder mehreren der An­ sprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abzuge­ bende Mediumsmenge durch einen den Hub des Kolbens (12) beeinflussenden Hubbegrenzer (27) einstellbar ist.

8. Dosierventil nach einem oder mehreren der An­ sprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubbe­ grenzer an einer auf dem Zwischenglied (25) des Verdrän­ gerkolbens (12) schraubbeweglichen Kappe (27) besteht, die mit der als Widerlager dienenden Stirnseite des Ver­ schlußstücks (2) korrespondiert.

9. Dosierventil nach einem oder mehreren der An­ sprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Einlaß- und Auslaßöffnungen (16, 19) je ein Rückschlagventil (28, 29) vor- bzw. nachgeschaltet ist.

10. Dosierventil nach einem oder mehreren der An­ sprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft der Feder (18) für den Gegenkolben (17) größer bemessen ist als der Fülldruck des Mediums.