DE4217835C2 - Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zum Dosieren eines Fluids, bei dem der Strömungsweg für das Fluid durch eine Zuleitung, einen Ventilsitz und eine Ableitung gebildet wird und ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Verschlußstück in Form einer konischen Ventilnadel vorgesehen ist, das mit Hilfe eines Antriebs kontinuierlich axial zum Ventilsitz zwischen einer vollständig verschlossenen und einer maximal geöffneten Position verschiebbar ist.

Die Dosierung von Fluiden ist wegen der mit der modernen Entwicklung der Produktionstechnik verbundenen Steigerung der Anforderungen zu einem schwierigen technischen Problem geworden. Zum einen kommen immer häufiger Fluide zum Einsatz (z. B. für Klebeverbindungen), die Eigenschaften aufweisen, die eine genaue und schnelle Dosierung erschweren. Es handelt sich dabei z. B. um Fluide mit sehr hoher Viskosität, oder um Fluide, die bei hohen Temperaturen verarbeitet werden müssen und deren Viskosität stark temperaturabhängig ist. Zum anderen soll es möglich sein, die Fluide mit Hilfe schneller Industrieroboter auf Werkstücke aufzutragen. Diese Roboter fahren die Werkstücke zur Erzielung minimaler Bearbeitungszeiten mit variabler Geschwindigkeit ab und tragen dabei eine Fluidraupe auf. Die Erzielung eines gleichmäßigen Raupenauftrags trotz der variablen Auftragsgeschwindigkeit stellt an die Dosierung des Fluids extrem hohe Ansprüche. So muß ein sehr schnelles und genaues Einstellen des Volumenstroms des Fluids möglich sein. Je nachdem, welches Fluid verwendet wird, können sehr hohe Drücke zur Erzeugung der Fluidströmung nötig sein.

Es ist bekannt, zur Regelung von Fluidströmen für derartige Anwendungen Nadelventile zu verwenden, bei denen die Ventil­ nadel mechanisch mit dem Kolben eines Pneumatikzylinders verbunden ist. Durch Beaufschlagung mit Druckluft verschiebt sich der Kolben und damit die Ventilnadel. Eine derartige pneumatische Verstellung des Regelventils ist zwar ausreichend schnell; eine hohe Genauigkeit der Ventileinstellung kann damit jedoch in der Regel nicht erreicht werden. Bei kleineren Robotergeschwindigkeiten ist dies nicht störend, da hier genug Zeit bleibt, die genaue benötigte Ventilstellung mit Hilfe einer (im allgemeinen vorhandenen) rückgekoppelten Regelung aufzufinden. Bei größeren Robotergeschwindigkeiten trifft dies im allgemeinen nicht mehr zu. Hier kann die mangelnde Einstell­ genauigkeit des Ventils zu einer Ungleichmäßigkeit im Rau­ penauftrag führen. Darüberhinaus ist ein durch einen Pneumatikzylinder verstellbares Ventil im allgemeinen relativ voluminös und schwer. Dies ist nachteilig, wenn Fluid in kleine Hohlräume eingebracht werden soll, bzw. wenn das Ventil großen Beschleunigungen ausgesetzt ist, wie es bei schnellen Industrierobotern der Fall ist.

In DE 35 07 091 A1, US 4,593,881 und US 3,488,030 werden motorbetriebene Ventile mit einem eine Dreh- in eine Hubbewegung umsetzenden Spindel-Mutter-Trieb beschrieben. Aus EP 0 116 855 A2 ist ein Regelventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs der vorliegenden Anspruchs 1 bekannt. Mit dem bekannten Ventil wird eine sehr hohe Einstellgenauigkeit erzielt, wobei wegen des hohen Wirkungsgrads einer Kugelumlaufspindel nur ein relativ geringes Antriebsmoment nötig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von diesem Stand der Technik ein kompaktes und leichtes Regelventil zur Verfügung zu stellen, mit dem ein sehr schnelles und genaues Dosieren von Fluiden möglich ist und das ein schlagartiges Unterbrechen des Fluidstroms ohne Nachtropfen oder Fädenziehen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Regelventil mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Lagerung der Spindel in einem Gehäuse des Regelventils mindestens ein Wälzlager verwendet, das Axial- und Radialkräfte aufnehmen kann, z. B. ein Kegelrollenlager oder ein Schrägkugellager. Besonders vorzugsweise handelt es sich um ein Pendelkugellager oder ein Pendelrollenlager. Dadurch können Fluchtungsfehler und Durchbiegungen der Spindel ausgeglichen werden.

Vorteilhaft ist die Spindelmutter einstückig mit einem, im wesentlichen zylinderförmigen Ventilnadel-Aufnahmeelement ausgebildet, das axial in einer zylindrischen Gleitführung im Gehäuse geführt ist. Vorzugsweise weist die Spindelmutter oder das Ventilnadel-Aufnahmeelement zur Verdrehsicherung der Spindelmutter einen Zapfen auf, der in eine achsparallel verlaufende, im Gehäuse ausgeführte Geradführung eingreift. Besonders vorzugsweise ist auf den Zapfen ein Wälzlager an­ geordnet, und ist die Geradführung als Nut oder Schlitz im Gehäuse ausgebildet. Der Abstand der Flanken der Geradführung ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser des Außenrings des Wälzlagers. Dadurch ist sichergestellt, daß der Außenring des Wälzlagers bei einer Hubbewegung jeweils nur an einer Flanke der Geradführung anliegt, und so an dieser Flanke abrollen kann. Damit ist die Reibung der Verdrehsicherung gegenüber Hubbewegungen verschwindend klein. Bei dem Wälzlager handelt es sich vorzugsweise um ein Rillenkugellager. Vorteilhaft ist zwischen der Antriebswelle des Rota­ tionsschrittmotors und der Spindel eine Ausgleichskupplung vorgesehen.

Da der Volumenstrom eines hochviskosen Fluids in der Regel nicht mit der erforderlichen Genauigkeit und Geschwindigkeit direkt gemessen werden kann, wird als Regelgröße für den Volumenstrom vorzugsweise der hinter dem Ventil herrschende Druck verwendet. Dazu ist vorteilhaft an der Ableitung im Gehäuse integriert ein Druckfühler vorgesehen. Der Druckfühler wird vorteilhaft durch eine metallische Membran gebildet, deren eine Seite von dem Fluiddruck beaufschlagt ist und an deren anderer Seite Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.

Für die Verarbeitung von Fluiden mit temperaturabhängiger Viskosität ist es vorteilhaft, die momentane Temperatur des Fluids in die Regelung des Volumenstroms einzubeziehen. Dazu ist im Gehäuse integriert ein Temperaturfühler vorgesehen, der an der Zuleitung oder der Ableitung im thermischen Kontakt mit dem Fluid steht und vorteilhaft durch einen Thermistor gebildet wird. Der Temperaturfühler kann wahlweise vor oder nach dem Nadelventil angeordnet sein, da die Temperatur, anders als der Druck, über das Nadelventil praktisch nicht variiert.

Vorteilhaft weist die Spindelmutter oder das Ventilnadel- Aufnahmeelement eine im wesentlichen quer zur Axialrichtung gerichtete Schaltfahne auf. Dabei sind zwei mit der Schaltfahne zusammenwirkende Endlagenschalter vorgesehen, die so angeordnet sind, daß die Schaltfahne einen der Schalter in der vollständig geschlossenen Position des Ventils und den anderen Schalter in der maximal geöffneten Position betätigt.

Das Regelventil weist eine Rücksaugvorrichtung auf, die mit dem Regelventil einstückig ausgebildet sein kann und die ein Stellelement und einen mit der Ableitung kommunizierenden Rücksaugraum umfaßt, dessen Volumen mit Hilfe des Stellelements veränderbar ist. Für die eingangs genannten Anwendungen ist es auch wünschenswert, den Fluidstrom schlagartig unterbrechen zu können. Dazu genügt es im allgemeinen nicht, das Ventil in die verschlossene Position zu bringen, da das in der Ableitung vorhandene Fluid auch nach dem Schließen des Ventils in Form von Tropfen oder Fäden aus einer an die Ableitung anschließende Auftragsdüse austreten kann.

Dies kann mit Hilfe der Rücksaugvorrichtung verhindert werden, indem unmittelbar nach dem Schließen des Ventils das Stellelement so betätigt wird, daß sich das Volumen des Rücksaugraums vergrößert. Dadurch wird das in der Ableitung und der daran anschließenden Auftragsdüse befindliche Fluid ganz oder teilweise in den Rücksaugraum gesaugt, und kann so nicht mehr aus der Auftragsdüse austreten.

Vorteilhaft wird das Stellelement durch einen Fluidzylinder mit einem Kolben und einer mit dem Kolben einstückigen Kolbenstange gebildet. Der Rücksaugraum ist dabei im wesentlichen zylindrisch geformt. Das dem Kolben abgewandte Ende der Kolbenstange oder ein mit diesem Ende verbundener Stempel bildet einen in dem Rücksaugraum verschiebbaren Rücksaugkolben. Vorzugsweise ist der Fluidzylinder als einfach wirkender Zylinder ausgebildet, wobei der Kolben auf einer Seite mit einer Feder beaufschlagt ist, und auf der anderen Seite mit einem (von dem zu dosierenden Fluid verschiedenen) Druckfluid beaufschlagbar ist. Bei der Feder kann es sich z. B. um eine Schraubenfeder oder um eine Gasdruckfeder handeln. Das Druckfluid kann gasförmig (z. B. Druckluft) oder flüssig (z. B. Hydrauliköl) sein.

Der Fluidzylinder ist vorteilhaft so ausgebildet, daß das Volumen des Rücksaugraums in Ruhestellung des Kolbens maximal ist. Dabei wird unter der Ruhestellung diejenige Stellung verstanden, die der Kolben ohne Beaufschlagung durch das Druckfluid einnimmt. Vorzugsweise ist die Ruhestellung des Kolbens mit Hilfe eines einstellbaren Anschlags justierbar.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Fluidzylinder als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform entfällt die Feder. Die Verstellung des Kolbens erfolgt nach beiden Richtungen durch das Druckfluid.

Das erfindungsgemäße Regelventil hat den Vorteil, eine schnelle und dabei sehr genaue Regelung des Volumenstroms eines Fluids zu erlauben, und zwar auch im Fall sehr hoher Fluiddrücke. Dabei kann das erfindungsgemäße Regelventil so kompakt und leicht ausgeführt werden, daß es in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Auftragsdüse an einem schnell bewegten Arm einer Auftragsvorrichtung (z. B. eines Industrieroboters) angeordnet werden kann, und daß Fluid auch in relativ kleine Hohlräume eingebracht werden kann.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird nun eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelventils näher be­ schrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Regelventils in Schnittdar stellung und

Fig. 2 eine Vorderansicht des Regelventil der Fig. 1, ebenfalls in Schnittdarstellung.

Das in den Figuren gezeigte Regelventil weist ein zweiteiliges Gehäuse auf, das aus einem Grundkörper 1 und einem Auf­ satzkörper 2 zusammengesetzt ist. Das Regelventil kann mit dem Gehäuse mit Hilfe (nicht gezeigter) Befestigungsmittel unmittelbar an einem Arm eines Roboters befestigt werden. Bei den Befestigungsmitteln kann es sich z. B. um eine Schlitteneinheit handeln, die zum einen das Regelventil gegenüber dem Roboterarm elastisch abfedert und zum anderen ein genaues Justieren des Regelventils gegenüber dem Roboterarm erlaubt.

Der Grundkörper 1 wird von einem Strömungsweg für das Fluid durchzogen. Der Strömungsweg wird gebildet durch eine Zuleitung 3, einen Ventilsitz 4 und eine Ableitung 5. Die Zuleitung 3 kann über eine lösbare Rohrverbindung in Form eines Schraubnippels 6 mit einer Druckleitung verbunden werden, über die das Fluid zugeführt wird. Die Zuleitung 3 verläuft (bei der in den Figuren gezeigten Orientierung des Regelventils) horizontal.

An die Zuleitung 3 schließt der Ventilsitz 4 an, dessen Achse vertikal verläuft. Der Ventilsitz 4 ist in einem Querschnitt senkrecht zur Achse kreisförmig und verjüngt sich konisch nach unten. An das untere Ende des Ventilsitzes 4 schließt sich koaxial zum Ventilsitz 4 die Ableitung 5 an. Das dem Ventilsitz 4 abgewandte Ende der Ableitung 5 wird durch eine Dosierdüsenaufnahme 7 gebildet. Die Dosierdüsenaufnahme 7 dient der Verbindung der Ableitung 5 mit einer (nicht gezeigten) Dosierdüse, derart, daß die Dosierdüse starr mit dem Regelventil verbunden ist und, im Fall einer geraden Dosierdüse, koaxial zur Ableitung 5 verläuft.

Der Strömungsweg für das Fluid verläuft also zunächst im Be­ reich der Zuleitung 3 horizontal und geradlinig, erfährt dann am Eingang zum Ventilsitz 4 eine Richtungsänderung um 90° nach unten und verläuft anschließend geradlinig vertikal nach unten durch den Ventilsitz 4 und die Ableitung 5. Falls eine gerade Dosierdüse verwendet wird, so setzt sich der Strömungsweg ohne weitere Richtungsänderung in die Dosierdüse bis zum Austrittspunkt für das Fluid fort.

Mit dem Ventilsitz 4 wirkt eine konisch zulaufende Ventilnadel 8 zusammen. Die Ventilnadel 8 liegt koaxial zum Ventilsitz 4 und ist in Axialrichtung verschiebbar ausgeführt. Der Ventilsitz 4 und die Ventilnadel 8 bilden (in einem Querschnitt senkrecht zur Achse) einen Ringspalt für das Fluid aus, wobei die Spaltbreite davon abhängt, wie weit die Ventilnadel 8 in den Ventilsitz 4 eingeführt wurde. Bei ganz eingeführter Ventilnadel 8 (wie in den Figuren gezeigt) verschwindet der Ringspalt, und der Strömungsweg ist vollständig verschlossen. Bei ganz nach oben herausgezogener Ventilnadel 8 wird der Ringspalt am breitesten (im Extremfall entartet er zum Kreis), der Strömungsweg ist dann maximal geöffnet. Durch kontinuierliches Verschieben der Ventilnadel 8 können alle dazwischenliegenden Öffnungsgrade gewählt werden.

Auf dem Grundkörper 1 ist koaxial zur Ventilnadel 8 der im wesentlichen zylinderförmige Aufsatzkörper 2 aufgesetzt. In dem Aufsatzkörper 2 ist oberhalb des Ventilsitzes 4 eine zylindrische, koaxiale Gleitführung 9 für eine im wesentlichen zylindrische Nadelaufnahme 10 vorgesehen. Der Durchmesser der Nadelaufnahme 10 ist im unteren Teil so gewählt, daß diese nahezu spielfrei in der Gleitführung 9 geführt ist. Die Nadelaufnahme 10 weist im unteren Teil eine mittige Bohrung auf, in die die Ventilnadel 8 feststehend eingesetzt ist.

Zur Verstellung der Ventilnadel 8 zusammen mit der Nadelauf­ nahme 10 ist im Aufsatzkörper 2 ein Spindel-Mutter-Trieb vor­ gesehen. Die Mutter 11 des Spindel-Mutter-Triebs ist an der der Ventilnadel 8 abgewandten Seite einstückig mit der Na­ delaufnahme 10 verbunden. Die Mutter 11 ist koaxial angeordnet.

Mit der Mutter 11 wirkt eine Spindel 12 zusammen, die einseitig auf der der Nadelaufnahme 10 abgewandten Seite in einem Pendelkugellager 13 drehbar gelagert ist. Das Pendelkugellager 13 kann Axial- und Radialkräfte aufnehmen und ist dabei unempfindlich gegen Durchbiegen und Nicht-Fluchten der Spindel 12. Die Nadelaufnahme 10 weist an ihrer der Mutter 11 zugewandten Seite eine zentrale Bohrung auf, in der die Spindel 12 in tief eingeschraubtem Zustand zu liegen kommt.

Die Spindel 12 ist drehbar, jedoch nicht in Axialrichtung verschiebbar. Eine Bewegung in Axialrichtung wird durch einen Flansch 14 und einen Sicherungsring 15 verhindert, die beide mit der Spindel 12 verbunden sind und jeweils an einer Seite des Innenrings des Pendelkugellagers 13 anliegen. Das Pendelkugellager 13 ist wiederum gegen Verschieben in Axialrichtung durch eine Lagerklemmhülse 16 gesichert, die von einer Motorbefestigungsplatte 17 am oberen Ende des Aufsatzkörpers 2 fixiert wird.

Im Gegensatz dazu kann der durch die Ventilnadel 8, die Na­ delaufnahme 10 und die Mutter 11 gebildete hubbewegliche Teil nur in Axialrichtung verschoben, nicht jedoch verdreht werden. Eine Verdrehsicherung für den hubbeweglichen Teil wird gebildet durch einen Zapfen 18, der quer zur Axialrichtung von der Nadelaufnahme 10 vorspringt und in eine achsparallele Geradführung in Form eines Schlitzes 19 in einer Wand des Aufsatzkörpers 2 eingreift. Auf dem Zapfen 18 ist ein Wälzlager in Form eines Rillenkugellagers 20 aufgesteckt. Der Abstand der gegenüberliegenden Flanken des Schlitzes 19 ist etwas größer als der Durchmesser des Außenrings des Rillenkugellagers 20 gewählt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Außenring bei einer Hubbewegung nur an einer der Flanken des Schlitzes 19 anliegt und so an der Flanke abrollen kann. Die so ausgebildete Verdrehsicherung erlaubt praktisch reibungsfreie Hubbewegungen.

Der Spindel-Mutter-Trieb ist als Kugelumlaufspindel-Trieb ausgebildet. Dazu ist die Mutter 11 innen und die Spindel 12 außen mit je einer Wendelnut versehen. Im Inneren der Mutter 11 bilden die beiden Wendelnuten einen Wendelgang aus, in dem Kugeln laufen. Dadurch ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Mutter 11 und Spindel 12 in Axialrichtung hergestellt. Beim Drehen der Spindel 12 findet eine Bewegung der Kugeln längs des Wendelgangs statt. Die an einem Ende der Mutter 11 aus dem Wendelgang austretenden Kugeln werden in einem (nicht gezeigten) Kugelrücklaufrohr dem Wendelgang an der anderen Seite der Mutter 11 wieder zugeführt. Es findet also ein Umlauf der Kugeln statt.

Auf der der Mutter 11 abgewandten Seite des Pendelkugellagers 13 ist die Spindel 12 über eine Ausgleichskupplung 21 mit der Antriebswelle 22 eines elektrischen Rotations-Schrittmotors 23 verbunden, der auf der Motorbefestigungsplatte 17 befestigt ist. Die Ausgleichskupplung 21 dient dem Längenausgleich zwischen der Antriebswelle 22 und der Spindel 12. Mit dem Schrittmotor 23 lassen sich genau definierte Winkelverstellungen der Antriebswelle 22 und damit höchst genaue Hubeinstellungen der Ventilnadel 8 realisieren.

Gegenüber dem Zapfen 18 ist an der Nadelaufnahme 10 eine quer zur Axialrichtung gerichtete Schaltfahne 24 angeordnet, die durch eine längliche Öffnung 25 aus dem Aufsatzkörper 2 ragt. Außen am Aufsatzkörper 2 sind zwei übereinanderliegende Endlagenschalter 26, 27 vorgesehen. Schaltknöpfe der Endlagenschalter 26, 27 sind so in der Bewegungsbahn der Schaltfahne 24 angeordnet, daß die Schalter 26, 27 von der Schaltfahne 24 betätigt werden können. Der unteren Endlagen­ schalter 26 bzw. der obere Endlagenschalter 27 wird betätigt, wenn die Ventilnadel 8 die vollständig geschlossene bzw. maximal geöffnete Position erreicht. Die Endlagenschalter 26, 27 sind elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Steuerung für den Schrittmotor 23 verbunden.

Integriert im Grundkörper 1 sind ein Druckfühler 28 und ein Temperaturfühler 29 angeordnet. Der Druckfühler 28 liegt in der Ableitung 5, also hinter dem Ventil, während der Tempe­ raturfühler 29 in der Zuleitung, also vor dem Ventil liegt. Der Druckfühler 28 wird gebildet durch eine einseitig vom Druck des Fluids beaufschlagte Metallmembran, die auf der anderen Seite mit Dehnungsmeßstreifen versehen ist. Der Temperaturfühler 29 steht im thermischen Kontakt mit dem Fluid und wird durch einen Thermistor gebildet. Beide Fühler 28, 29 sind elektrisch mit der Steuerung des Schrittmotors 23 verbunden.

Einstückig mit dem Grundkörper 1 ist eine Rücksaugvorrichtung 30 vorgesehen. Die Rücksaugvorrichtung 30 wird gebildet durch ein Stellelement in Form eines Pneumatikzylinders 31 und einen Rücksaugraum 32. Der Rücksaugraum 32 ist zylindrisch und kommuniziert an einer Stirnseite mit der Ableitung 5. Die andere Stirnseite des Rücksaugraums 32 ist verschiebbar ausgeführt und bildet so einen Rücksaugkolben 33. Durch Verschieben des Rücksaugkolbens 33 kann das Volumen des Rücksaugraums 32 verändert werden.

Die Verschiebung des Rücksaugkolbens 33 wird durch den Pneu­ matikzylinder 31 vermittelt. Der Pneumatikzylinder 31 ist ein einfach wirkender Zylinder mit einem Kolben 34, dessen eine Seite mit der Atmosphäre verbunden und permanent von einer Schraubenfeder 35 beaufschlagt ist, und dessen andere Seite mit Druckluft beaufschlagbar ist. Der Kolben 34 ist einstücksig mit einer einseitigen Kolbenstange 36 verbunden, die sich vom Kolben 34 zu dessen federbeaufschlagten Seite erstreckt und durch eine Bohrung 37 aus dem Zylinder 31 reicht.

Das dem Kolben 34 abgewandte Ende der Kolbenstange 36 bildet den Rücksaugkolben 33. Der Durchmesser des Rücksaugraums 32 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Kolbenstange 36. Der Rücksaugraum 32 ist gegen den Zylinder 31 durch eine feststehende Dichtung 38 abgedichtet, die die Kolbenstange 36 ringförmig umfaßt.

Bei anderen Ausführungsformen wird der Rücksaugkolben 33 durch einen am Ende der Kolbenstange 36 befestigten Stempel gebildet, der einen größeren Durchmesser als die Kolbenstange 36 aufweist. Entsprechend vergrößert ist dann der Durchmesser des Rücksaugraums 32 und die bei einer Bewegung des Kolbens 34 rückgesaugte Fluidmenge.

An dem dem Rücksaugraum 32 abgewandten Ende des Pneumatik­ zylinders 31 ist ein einstellbarer Anschlag für die Kolbenstange 36 in Form einer Stellschraube 39 vorgesehen, die durch einen Zylinderdeckel 40 nach außen geführt ist. Mit der Stellschraube 39 kann die Ruhestellung des Kolbens 34 (d. h. diejenige Stellung, die der Kolben 34 ohne Druckluftbeauf­ schlagung einnimmt) eingestellt werden.

Das Regelventil kann wie folgt verwendet werden: Zum Auftragen einer Fluidraupe vorgegebener Form und Dicke auf ein Werkstück (z. B. einer Klebstoffraupe auf ein Metallblech) wird das Regelventil an einem Arm eines Industrieroboters befestigt. Der Zuleitung 3 wird das aufzutragende Fluid unter hohem Druck (z. B. durch eine Hochdruckpumpe) zugeführt. Auf die Dosierdüsenaufnahme 7 ist eine Dosierdüse aufgesetzt. Der Schrittmotor 23, der Druckfühler 28, der Temperaturfühler 29, die Endlagenschalter 26, 27 und ein mit dem Pneumatikzylinder 31 kommunizierendes Wegeventil für Druckluft (nicht gezeigt) sind mit einem Steuerrechner verbunden. Außerdem ist der Roboter mit dem Steuerrechner verbunden.

Der Roboter fährt rechnergesteuert längs der vorgegebenen Raupenbahn das Werkstück ab, und zwar derart, daß die Do­ sierdüse in geringerem Abstand über das Werkstück geführt wird. Dabei bewegt sich der Roboterarm im allgemeinen nicht mit konstanter Geschwindigkeit über das Werkstück, sondern erreicht in geraden Abschnitten relativ hohe Geschwindigkeiten, und bremst vor größeren Richtungsänderungen (z. B. an den Ecken des Werkstücks) ab.

In Abhängigkeit von der Solldicke der Raupe und der Ge­ schwindigkeit des Roboters an der jeweiligen Stelle der Rau­ penbahn muß ein bestimmtes Fluidvolumen pro Zeiteinheit aus der Dosierdüse austreten. Der Zusammenhang zwischen dem aus­ tretenden Fluidvolumen pro Zeiteinheit und dem Fluiddruck in der Ableitung 5 ist für verschiedene auftretende Fluidtemperaturen in dem Steuerrechner gespeichert (z. B. in Form einer Tabelle). Außerdem gespeichert ist die Solldicke der Raupe längs der Raupenbahn. Der Steuerrechner errechnet an je­ der Stelle der Raupenbahn aus der Solldicke der Raupe, der momentanen Relativgeschwinigkeit zwischen Dosierdüse und Werkstück und der momentanten Temperatur des Fluids einen Solldruck des Fluids in der Ableitung 5. Weicht der mit dem Druckfühler 28 gemessene Istdruck des Fluids von diesem Solldruck ab, so veranlaßt der Steuerrechner eine Verstellung des Schrittmotors 23 und damit der Stellung der Ventilnadel 8, die dieser Abweichung entgegenwirkt, und zwar so lange, bis die Abweichung verschwindet. Es liegt also eine rückgekoppelte Regelung des Fluiddrucks in der Ableitung 5 vor.

Durch Voreinstellung der Ventilnadel 8 können die auftretenden Regelabweichungen (d. h. die Differenzen zwischen Ist- und Solldruck) verkleinert und dadurch das Ausregeln dieser Abweichungen beschleunigt werden. Dazu ist in dem Steuerrechner zusätzlich der Zusammenhang zwischen Fluiddruck in der Ableitung 5 und der Stellung der Ventilnadel 8 in einer angenäherten Form gespeichert. Damit kann das Ventil an jeder Stelle der Raupenbahn zunächst schnell in eine Stellung gebracht werden, die der richtigen Stellung sehr nahe kommt. Die richtige Stellung wird dann, wie oben beschrieben, mit Hilfe der rückgekoppelten Druckregelung gefunden. Durch diese Voreinstellung treten nur noch sehr kleine Regelabweichungen auf.

Während des Auftragens einer Fluidraupe ist der Pneumatikzylinder 31 permanent druckluftbeaufschlagt. Der Kolben 34 ist dann (in Fig. 1) nach links verschoben, die Schraubenfeder 35 ist komprimiert. Das Volumen des Rücksaugraums 32 ist dann minimal. An einem Raupenende wird das Nadelventil in die vollständig geschlossene Position gebracht. Um ein Nachtropfen des Fluids oder ein Fadenziehen zu vermeiden, wird unmittelbar nach dem Schließen des Nadelventils die Druckluftbeaufschlagung des Pneumatikzylinders 31 abgenommen. Dadurch verschiebt sich der Kolben 34 unter der Spannung der Feder 35 nach rechts, bis die Kolbenstange 36 an die Stellschraube 39 anschlägt. Dadurch wird das Volumen des Rücksaugraums 32 schlagartig vergrößert. Das in der Ableitung 5 und der Dosierdüse nach dem Schließen des Nadelventils befindliche Fluid wird ganz oder teilweise in den Rücksaugraum 32 gesaugt, wodurch ein Nachtropfen oder Fadenziehen verhindert wird. Bei der Fortsetzung des Raupenauftrags wird der Kolben 34 langsam wieder in die Stellung gebracht, bei der das Volumen des Rücksaugraums 32 minimal ist.

Claims (14)

1. Regelventil zum Dosieren eines Fluids, bei dem der Strömungsweg für das Fluid durch eine Zuleitung, einen Ventilsitz und eine Ableitung gebildet wird und ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Verschlußstück in Form einer konischen Ventilnadel vorgesehen ist, das mit Hilfe eines Antriebs kontinuierlich axial zum Ventil­ sitz zwischen einer vollständig verschlossenen und einer maximal geöffneten Position verschiebbar ist, wobei der Antrieb ein Rotationsschrittmotor ist und ein eine Dreh- in eine Hubbewegung umsetzender, als Kugelumlaufspindel-Trieb ausgebildet Spindel-Mutter- Trieb vorgesehen ist, der einerseits mit dem Rotationsschrittmotor und andererseits mit der Ventilnadel verbunden ist, wobei die Spindel des Spindel-Mutter-Triebs mit dem Schrittmotor verbunden und dreh-, aber nicht hubbeweglich ist, und die Mutter des Spindel-Mutter-Triebs mit der Ventilnadel verbunden und hub-, aber nicht drehbeweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil eine Rücksaugvorrichtung (30) aufweist, die ein Stellelement (31) und einen mit der Ableitung (5) kommunizierenden Rücksaugraum (32) umfaßt, dessen Volumen mit Hilfe des Stellelements (31) veränderbar ist.

2. Regelventil nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Spindel (12) in einem Gehäuse (1, 2) des Regelventils mindestens ein Pendelkugellager (20) oder ein Pendelrollenlager vorgesehen ist.

3. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (11) einstückig mit einem im wesentlichen zylinderförmigen Ventilnadel-Auf­ nahmeelement (10) ausgebildet ist, das axial in einer zylindrischen Gleitführung (9) im Gehäuse (1, 2) ge­ führt ist.

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (11) oder das Ventilna­ del-Aufnahmeelement (10) zur Verdrehsicherung der Mut­ ter (11) einen Zapfen (18) aufweist, der in eine achs­ parallel verlaufende, im Gehäuse (1, 2) ausgeführte Ge­ radführung (19) eingreift.

5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Zapfen (18) ein Wälzlager (20) angeordnet ist, und die Geradführung (19) als Nut oder Schlitz im Gehäuse (1, 2) ausgebildet ist, wobei der Abstand der Flanken der Geradführung (19) etwas größer als der Außendurch­ messer des Außenrings des Wälzlagers (20) ist.

6. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Antriebswelle (22) des Rotationsschrittmotors (23) und der Spindel (12) eine Ausgleichskupplung (21) vorgesehen ist.

7. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ableitung (5) im Gehäuse (1, 2) integriert ein Druckfühler (28) vorgesehen ist.

8. Regelventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Zuleitung (3) oder der Ableitung (5) im Gehäuse (1, 2) integriert ein Temperaturfühler (29) vorgesehen ist.

9. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (11) oder das Ventilna­ del-Aufnahmeelement (10) eine im wesentlichen quer zur Axialrichtung gerichtete Schaltfahne (24) aufweist, und zwei mit der Schaltfahne (24) zusammenwirkende Endla­ genschalter (26, 27) vorgesehen sind, wobei die Schalt­ fahne (24) mit einem der Schalter (26) in der vollstän­ dig geschlossenen Position, und mit dem anderen Schal­ ter (27) in der maximal geöffneten Position in Anlage kommt.

10. Regelventil nach der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (31) durch einen Fluidzylinder (31) mit einem Kolben (34) und einer mit dem Kolben (34) einstückigen Kolbenstange (36) gebildet wird,
der Rücksaugraum (32) im wesentlichen zylinderförmig ist, und
das dem Kolben (34) abgewandte Ende der Kolbenstange (36) oder ein mit diesem Ende verbundener Stempel einen in dem Rücksaugraum (32) verschiebbaren Rücksaugkolben (33) bildet.

11. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidzylinder (31) als einfach wirkender Zylinder ausgebildet ist, dessen Kolben (34) auf einer Seite von einer Feder beaufschlagt ist, und auf der anderen Seite mit Druckfluid beaufschlagbar ist.

12. Regelventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Rücksaugraums (32) in Ruhestellung des Kolbens (34) maximal ist.

13. Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung des Kolbens (34) mit Hilfe eines einstellbaren Anschlags (39) justierbar ist.

14. Regelventil nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidzylinder (31) als doppelt wirkender Zylinder ausgebildet ist.