DE4235849A1 - Dosierventil für dünn- bis zähflüssige Medien - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kombinations-Dosierventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Hierbei ist es bekannt, in einem Gehäuse eine Ventilöffnung für ein durchzuströmendes Medium zu schaffen, die von einer Ventilnadel verschließbar ist.

Diese Ventilnadel wird axial verschoben, und je nach der Verschiebungsstellung taucht die Ventilnadel in die Ventil­ öffnung ein und schließt diese oder gibt diese frei. Ein derartiges Dosierventil wird zur Dosierung von dünn- bis zähflüssigen Medien, insbesondere in der Kunststoff­ verarbeitung, verwendet, wo es darum geht, Ein- oder Mehr­ komponentengemische in einem Mischkopf herzustellen. Hierbei ist es bekannt, das Ventil als Schußventil oder Rezirkulationsventil auszubilden, wobei in der Ausbildung als Schußventil es ferner bekannt ist, die Ventilnadel ver­ schiebbar in einer Kammer anzuordnen, welche Kammer von dem zu dosierenden Medium durchströmt wird.

Beim Öffnen des Ventils (Zurückziehen der Ventilnadel) wird die Ventilöffnung freigegeben und das zu dosierende Medium strömt über die freigegebene Ventilöffnung in eine Mischkammer oder dergleichen.

Sobald die Ventilnadel die Ventilöffnung verschließt, ist es ferner bekannt, die vorher von dem Medium durchströmte Kammer nun über einen Bypass zu öffnen und einen Abfluß in einer Rezirkulationsleitung zu schaffen.

Bei allen bekannten Ausführungsformen wird die Ventilnadel durch ein Druckmedium, wie z. B. Hydraulikmedium oder Druck­ luft, in ihre Schließstellung gebracht und wird durch eine entsprechende Federkraft wieder in die Offenstellung zurück­ gezogen.

Bei einem bekannten Ventil sind die Zuström- und Abströmöffnungen für das zu dosierende Medium als Querbohrungen im vorderen Bereich der von der Ventilnadel zu öffnenden oder verschließenden Druckkam­ mer ausgebildet, was mit dem Nachteil behaftet ist, daß an diese Querbohrungen bei der Montage des Dosierventils noch zusätzliche Leitungen angeschlossen werden müssen oder Leitungsblöcke, was die Zerlegung des Dosierventils stark behindert und eine Montage erschwert.

Es ist hierbei ferner bekannt, der Ventilnadel einen Druckregler zuzuordnen, der mit einem Kolben arbeitet, welcher Kolben unter Einfluß eines Druckmediums die Verschiebung der Ventilnadel steuert.

Weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen ist, daß aufgrund der separaten räumlichen Anordnung von einem Schußventil und einem Rezirkulationsventil ein hoher Montageaufwand entsteht und durch die erforderlichen Verbindungsleitungen zwischen den beiden Ventilen hohe Strömungsverluste entstehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Dosier­ ventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß in einem einzigen Gehäuse unter geringen Strömungsverlusten zwei druckgeregelte Dosierventile integriert werden können, von denen das eine als Schußventil und das andere als Rezirkulations­ ventil ausgebildet sein kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß in einem Gehäuse zwei gleichartige, druckgeregelte Dosierventile angeordnet sind, von denen das eine als Schußventil und das andere als Rezirkulationsventil ausgebildet ist.

Die stromaufwärts der Ventilöffnung angeordneten Druckkammern dieser beiden Ventile sind über eine Verbindungskammer mit­ einander verbunden. Durch diese technische Lehre ist es nun erstmals möglich, in ein und demselben Gehäuse in kompakter Weise die beiden Dosierventile anzuordnen, ohne daß man separate Dosierventile benötigt, die über entsprechende Querbohrungen verfügen, welche Querbohrungen durch entsprechende Verbindungs­ leitungen miteinander verbunden werden müssen.

Während beim Stand der Technik eine kontinuierliche Durch­ strömung nur über folgenden Weg möglich ist: Mischkopf-Schußventil- Mischkopf-Rezirkulationsventil-Mischkopf ist bei der Erfindung folgender Durchströmungsweg vorgesehen:

Schußventil-Rezirkulationsventil.

D.h. bei der vorliegenden Erfindung erfolgt keine Durchströmung des Mischkopfes, weil nach der Erfindung das aus zwei Dosier­ ventilen bestehende kombinierte Dosierventil nur jeweils einen Durchfluß von Schußventil und Rezirkulationsventil vorsieht und nach dem Durchströmen des Mediums durch die beiden Ventile das Medium in eine Rezirkulationsleitung zurückgeführt wird.

Damit sind nur geringe Strömungsverluste gegeben und der War­ tungsaufwand eines kombinierten Dosierventils, bestehend aus zwei einzelnen Dosierventilen, die gleich aufgebaut sind, ist minimal.

Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der erfindungs­ gemäßen Ausbildung der Drucksteuerung des jeweiligen Dosier­ ventils. Nach der Erfindung hat die Drucksteuerung einen kompakten Aufbau. Bei der Erfindung sitzt die Ventilnadel jeweils in einer durchbrochenen Membran, an deren Rückseite ein Führungsstück durch eine Druckfeder gesteuert federbelastet anliegt. Wichtig hierbei ist, daß in der gleichen Ebene koaxial zu der Druckfeder eine weitere Feder angeordnet ist, welche die Verschiebung eines druckmediumgesteuerten Kolbens zurück­ stellt. Durch die koaxiale Anordnung dieser beiden Federn in einer Ebene ergibt sich ein gedrungener Aufbau.

Beim Stand der Technik waren hierbei vier verschiedene Kammern im Dosierventil angeordnet, nämlich eine Ventilkammer, eine Regelkammer zum Regeln des Druckes, eine Kammer, in der die Rückstellelemente für den Kolben angeordnet waren und eine Druckkammer, über welche die Verschiebung des Kolbens gesteuert wird.

Bei der Erfindung hingegen sind lediglich drei Kammern vor­ handen, nämlich eine Ventilkammer, eine Regelkammer und eine Druckkammer, was bedeutet, daß eine eigene Kammer zur Anord­ nung der entsprechenden Federelemente für die Rückstellung des Kolbens entfällt und mit der vorher erwähnten Regelkammer zusammenfällt.

Dadurch ergibt sich ein gedrängter Aufbau, der wesentlich kleinere Gehäuseabmessungen für das erfindungsgemäße Kombinations-Dosierventil zuläßt.

Durch die Integration von zwei Dosierventilen in einem Gehäuse eines gemeinsamen Kombinations-Dosierventils ergibt sich im übrigen auch der Vorteil, daß, wenn das gesamte Kombinations- Dosierventil von einem Mischkopf abgenommen wird, dann ein Auslaufen des Mediums über (nicht vorhandene) Querbohrungen nicht möglich ist, während beim Stand der Technik derartige Querbohrungen unmittelbar an der Druckkammer (Ventilkammer) ansetzen, durch welche dann das Medium in unerwünschter Weise herausfließt.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentan­ sprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Pa­ tentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, ein­ schließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei gehen aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Er­ findung hervor.

In der Abbildung ist ein Querschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Kombinations-Dosierventil gezeigt.

Im wesentlichen besteht das Kombinations-Dosierventil 1 aus zwei parallel zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse ange­ ordneten Dosierventilen, wobei ein unteres Schußventil 5 parallel zu einem oberen Rezirkulationsventil 6 angeordnet ist. Beide Ventile 5, 6 sind über eine gemeinsame Verbindungs­ kammer 27 miteinander verbunden. Damit ergeben sich wesent­ liche Vorteile, denn über diese Verbindungskammer 27 wird die Druckkammer 3 des Schußventils 5 mit der Druckkammer 4 des Rezirkulationsventils 6 verbunden. Es gibt daher keine Queranschlüsse mehr, die dazu führen, daß beim Lösen des Gehäuses des Kombinations-Dosierventils von einem Mischkopf in unerwünschter Weise das Medium ausläuft.

In die Druckkammer 3 des Schußventils 5 mündet eine Medium­ öffnung, die senkrecht zur Zeichenebene der Abbildung ange­ ordnet ist, wobei der daran ansetzende Zulaufschlauch auf­ geschraubt bleibt und daher ein Abfluß des Mediums in diesem Bereich nicht möglich ist.

In gleicher Weise mündet in die Druckkammer 4 des Rezirkulations­ ventils 6 eine weitere Querbohrung (die senkrecht zur Zeichen­ ebene angeordnet ist), an welcher ein Abflußschlauch für die Rezirkulationsleitung angeschlossen ist.

An der Stirnseite der Verbindungskammer 27 ist ein Druckmeß­ stutzen 28 angeordnet, in welchen ein Druckmanometer oder ein Drucksensor eingeschraubt ist. Damit ist es möglich, den Medium­ druck im Bereich der Druckkammern 3, 4 zu messen.

Das Gehäuse des Kombinations-Dosierventils besteht aus mehreren Teilen. Ein hinteres Gehäuse 2 ist mit einem mittleren Gehäuse 7 verbunden, welches wiederum in seinem vorderen Bereich mit einem Gehäuse 29 verbunden ist, in dem die Ventilöffnungen 9, 9a angeordnet sind.

Nachdem erfindungsgemäß das Schußventil 5 identisch mit dem Rezirkulationsventil 6 ist, genügt es für die folgende Be­ schreibung, lediglich die Funktion des Schußventils im ein­ zelnen zu erläutern. Beim Rezirkulationsventil 6 sind die gleichen Teile mit den Bezugszeichen "a" ergänzt, wobei der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber nicht alle Teile mit Bezugszeichen versehen wurden, weil diese Teile mit der Beschreibung des Schußventils 5 erläutert werden.

Das Schußventil 5 weist eine Ventilnadel 10 auf, deren Spitze in eine Blende 8 eintaucht, die eine Ventilöffnung 9 ausbildet. Die Rückseite der Ventilnadel 10 ist über einen entsprechenden Halter mit einer durchgehenden Membran 12 verbunden. Im Innenraum der Druckkammer 3 ist eine Feder 11 angeordnet, die sich an der einen Seite an dem Druckstück der Ventilnadel 10 abstützt und mit ihrer anderen Seite an der Innenseite der Druckkammer 3. Diese Feder 11 gewährleistet, daß auch bei geringen Drücken in der Druckkammer 3 die Ventilnadel 10 öffnen kann.

Die Feder 11 hat also nur die Aufgabe, die Reibung, die aus den jenseits der Membran 12 angeordneten Führungselementen entsteht, zu beseitigen.

An der Rückseite des Membran 12 sitzt ein die Membran durchbre­ chendes Führungsstück 13 auf, welches mit einem federbelasteten Verschiebemechanismus angedrückt wird. Dieser Verschiebemechanis­ mus besteht aus einer in der Innenseite des Führungsstücks 13 angeordneten Kugel 14, die über ein Druckstück 15 zentrisch auf das Führungsstück 13 preßt. Dem Druckstück 15 gegenüberliegend in einer inneren Kammer 19 ist ein weiteres Druckstück 18 angeord­ net, wobei beide Druckstücke durch eine Druckfeder 16 auseinander­ gedrückt werden. Im Innenraum der Druckfeder 16 ist ein Stößel 17 angeordnet, der mit seinem einen Ende, beispielsweise mit dem linken Druckstück 15, verbunden ist und der bei vollständig zusammengeschobener Druckfeder 16 als Anschlagbegrenzung gemäß der Abbildung an dem rechten Druckstück 18 anschlägt.

Bei dem oben gezeigten Rezirkulationsventil 6 ist hierbei die Feder 16a auseinandergezogen, so daß erkennbar ist, daß der dortige Stößel 17a von dem rechten Druckstück 18a freigekommen ist.

Die Verschiebung des rechten Druckstücks 18 ist dadurch einstellbar, daß auf dieses Druckstück 18 eine Gewindeschraube 21 auf setzt, die mit Hilfe einer Konterschraube 22 verstellbar in einer Gewindebohrung des Gehäuses sitzt.

In einer zweiten, äußeren Kammer 26 sitzt eine Rückstellfeder 20, die sich einerseits an einer festen Gehäusekante abstützt und die andererseits an der Innenseite eines verschiebbaren Druckkolbens 23 anliegt und diesen in seine Ruhestellung zurückschiebt.

Wichtig ist, daß die Kammern 19 und 26 unter Atmosphärendruck stehen, damit die Druckregelung im Bereich der Membran 12 nicht beeinträchtigt wird.

Der Druckkolben 23 stützt sich mit seiner Innenseite an einem axialen Ansatz 30 des Führungsstückes 13 ab, wobei mehrere Ansätze 30 radial am Umfang verteilt des Führungsstückes 13 angeordnet sind, um eine gleichmäßige Druckbelastung des Führungsstückes 13 in axialer Richtung zu gewährleisten.

Der Druckkolben 13 ist hierbei in einer Druckkammer 25 unter Einfluß eines Druckmediums verschiebbar angeordnet, welches Druckmedium über eine Einlaßbohrung 24 in die Kammer 25 ein­ strömt und wieder über die Einlaßbohrung 24 ausströmt.

An der Einlaßbohrung 24 ist ein Drei/Zwei-Wegeventil ange­ ordnet, welches die entsprechende Steuerluft gesteuert in die Einlaßbohrung 24 einläßt.

In der eingezeichneten Stellung ist das Schußventil 5 geöffnet, weil die Ventilnadel 10 mit ihrer Spitze außerhalb des Eingriffs mit der Ventilöffnung 9 ist.

Hierbei ist der Druckkolben 23 nach hinten gefahren und an der Einlaßbohrung 24 liegt kein Druckmedium an. Die Rückstell­ feder 20 hält den Druckkolben 23 in seiner zurückgezogenen Stellung.

Über die Konterschraube 22 und die axiale Stellung der Gewinde­ schraube 21 mit der gehäusefesten Gewindebohrung ist das Druckstück 18 um einen bestimmten Verschiebungsweg fest ein­ gestellt, verschoben und drückt mit der dadurch erzeugten Federkraft der Feder 16 über das Druckstück 15 auf das Führungs­ stück 13, welches eine dementsprechende Druckkraft an der Rückseite der Membran 12 erzeugt. An der Vorderseite der Membran wirkt in der Druckkammer 3 der Druck des zu dosierenden Mediums. Dieses Medium fließt in der eingezeichneten Stellung durch die Ventilöffnung 9 nach außen, z. B. in eine Mischkammer.

Während dieser Zeit wirkt die Druckluft auf die Einlaßbohrung 24a des Rezirkulationsventils 6, welches dementsprechend ge­ schlossen ist, weil die Ventilnadel 10a sich in der Ventil­ öffnung 9a befindet und diese abdichtet. Das Druckmedium steht damit in der Verbindungskammer 27 an, kann aber nicht über das geschlossene Ventil in die Druckkammer 4 des Rezirkulations­ ventils fließen. Während dieses Schußbetriebes besteht ein Gleichgewichtszustand zwischen den Kräften in der Druckkammer 3 und der Kraft, welche von dem Führungsstück 13 auf die Rückseite der Membran 12 aufgebracht wird. Evtl. Druckstöße in der Druckkammer 3, die auf das Medium wirken, werden durch die Verschiebung der Membran 12 ausgeglichen. Vorstehend wurde der Schußbetrieb beschrieben. Nachstehend wird der Rezirkulationsbetrieb beschrieben.

In analoger Weise wird im Rezirkulationsbetrieb über die Einlaßbohrung 24 ein Druckmedium aufgegeben, welches den Druckkolben 23 nach links verschiebt, so daß über die er­ wähnte Drucksteuerung und das Führungsstück 13 die Ventil­ nadel 10 nach links verschoben wird und die Ventilöffnung 9 verschlossen wird.

Es wird gleichzeitig das Druckmedium von der Einlaßbohrung 24a des Rezirkulationsventils 6 entfernt und damit verschiebt sich der obere Kolben 23a unter Einwirkung der Rückstellfeder 20a in seine rechte Endlage, wodurch die Ventilnadel 10a außer Eingriff mit der Ventilöffnung 9a kommt und ein Durchgang zwischen der Verbindungskammer 27 und der Druckkammer 4 ge­ schaffen wird. Auch hier stellt sich wieder ein Gleichgewicht zwischen der Druckkraft in der Verbindungskammer 27 und der Federkraft an der Rückseite der oberen Membran 12a ein. Es findet also auch eine Druckregelung im Rezirkulations­ betrieb statt.

Damit ist es nun in einfacher Weise möglich, durch Verstellung der Konterschraube und damit Verstellung der jeweiligen Gewindeschraube 21, 21a eine Druckgleichheit zwischen dem Schußbetrieb und dem Rezirkulationsbetrieb zu erreichen. D.h. die beiden Gewindeschrauben werden so eingestellt, daß der gleiche Steuerdruck der Verbindungskammer 27a sowohl beim Schußbetrieb als auch beim Rezirkulationsbetrieb eintritt.

Damit werden Verzögerungen beim Übergang vom Schußbetrieb in den Rezirkulationsbetrieb oder umgekehrt, vermieden, weil die beiden Ventile 5, 6 über eine kurze Verbindungskammer 27 miteinander in Verbindung stehen und keine langen, kompressib­ len Verbindungsleitungen dazwischengeschaltet sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Drucksteuerung ist, daß der Öffnungsquerschnitt zwischen der Spitze der Ventil­ nadel 10 bzw. 10a und der zugeordneten Ventilöffnung 9 bzw. 9a immer angepaßt ist an die jeweilige Fließgeschwindig­ keit des Mediums. Die Nadel macht also nur soweit auf, bis die erforderliche Materialmenge durchkommt, weil die Druck­ regelung im Bereich der Membran durch das Führungsstück genau diesen Zustand einstellt. Ein normales Ventil würde von einer Endlage in die andere schalten, und dadurch würde ein Pump­ effekt der Ventilnadel erzielt werden, was in unerwünschter Weise zu einem vermehrten stoßweisen Ausschieben von Material über die geöffnete Ventilöffnung 9 bzw. 9a führen würde.

Dies wird nach der Erfindung vermieden, weil die Drucksteuerung im Bereich der Membran immer dafür sorgt, daß die Ventilnadel die Ventilöffnung nur soweit freigibt, wie es der Fließ­ geschwindigkeit und den Druckverhältnissen in der Druck­ kammer 3 entspricht.

Ein Druckanstieg in der Druckkammer 3 führt nämlich zu einer Druckbelastung der Membran 12, die nach rechts in der Ab­ bildung ausweicht und damit wird die Ventilnadel 10 in ihre Öffnungsstellung gebracht und dementsprechend kann vermehrt Medium aus der Ventilöffnung 9 ausströmen, was zu einem Druckabfall in der Druckkammer 3 führt. Es kommt damit also zu einem Gleichgewicht in der Druckkammer, welches durch die Federkraft auf das Führungsstück 13 eingestellt werden kann.

Wichtig bei der Erfindung ist im übrigen, daß die Membranen 12, 12a nicht durchgängig ausgebildet sind, sondern daß die die Ventilnadel tragenden Halterungen in die Membran eingeschraubt sind, wobei die jeweiligen Membranen 12, 12a eine Bohrung auf­ weisen, durch welche der Halter der Ventilnadel hindurch­ greift und dort mit einem Gewindebolzen befestigt ist. Damit ergibt sich ein sicherer Sitz der Membran und die Ventil­ nadel ist fest mit dieser Membran ohne Zwischenschaltung von Führungsmitteln gekoppelt.

Zeichnungs-Legende

 1 Kombinations-Dosierventil
 2 Gehäuse
 3 Druckkammer (Schußventil)
 4 Druckkammer (Rezirk.Ventil)
 5 Schußventil
 6 Rezirkulationsventil
 7 Gehäuse
 8 Blende
 9 Ventilöffnung 9a
10 Ventilnadel
11 Feder
12 Membran
13 Führungsstück
14 Kugel
15 Druckstück
16 Druckfeder
17 Stößel
18 Druckstück
19 Kammer
20 Rückstellfeder
21 Gewindeschraube
22 Konterschraube
23 Druckkolben
24 Einlaßbohrung
25 Druckkammer
26 Kammer
27 Verbindungskammer
28 Druckmeßstutzen
29 Gehäuse
30 Ansatz

Claims (7)

1. Dosierventil für dünn- bis zähflüssige Medien, bei dem in einer vom Medium durchströmten Druckkammer eine Ventilnadel verschiebbar angeordnet ist, deren Verschie­ bung abhängig vom Druck des Mediums ist und die mit ihrem einen Ende mit einer Membran verbunden ist, an deren gegen­ überliegenden Seite ein axial verschiebbares Führungsstück anliegt, dessen Verschiebung in Abhängigkeit vom Druck eines Steuermediums steuerbar ist, und das andere Ende der Ventil­ nadel als Spitze ausgebildet ist und in eine, in der Druckkam­ mer angeordnete Ventilöffnung eintaucht, wobei das Dosier­ ventil als Schußventil oder als Rezirkulationsventil in einem Mediumkreislauf geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosier­ ventil als Kombinations-Dosierventil (1) ausgebildet ist, bei dem in einem gemeinsamen Gehäuse (2, 7, 29) das Schuß­ ventil (5) und das Rezirkulationsventil (6) angeordnet sind, deren Druckkammern (3, 4) durch eine gemeinsame Verbindungskammer (27) verbunden sind.

2. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungskammer (27) ein Druckmeßstutzen (28) für ein Manometer oder einen Sensor angeordnet ist.

3. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (5, 6) drei hintereinander angeordnete Kammern aufweist, nämlich eine Druckkammer (3, 4), eine Kammer (26), in welche die Regelorgane für die Ventilnadel (10) angeordnet sind, nämlich das Führungs­ stück (13) und eine Druckkammer (25), in welcher ein von einem Steuermedium beaufschlagter Druckkolben (23) angeordnet ist.

4. Dosierventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (26) jenseits der Membran (12) Atmosphärendruck herrscht.

5. Dosierventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ nadel (10) fußseitig auf einem Halter befestigt ist, der durch die Membran (12) hindurchgreift.

6. Dosierventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Führungsstückes (13) voreinstellbar ist durch ein Druckstück (15), welches unter der Last einer Druckfeder (16) gegen das Führungsstück (13) in axialer Richtung preßt.

7. Dosierventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der Druck­ feder (16) einstellbar ist.