DE9017784U1 - Device for intermittently applying a fluid to a substrate - Google Patents
Device for intermittently applying a fluid to a substrateInfo
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Description
Nordson Corporation, 28601 Clemens Road, Westlake, Ohio 45145-1148 (U.S.A.)Nordson Corporation, 28601 Clemens Road, Westlake, Ohio 45145-1148 (USA)
Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines Fluids auf ein SubstratDevice for intermittently applying a fluid to a substrate
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum intermittierenden Auftragen eines Fluids auf ein Substrat, mit einem druckmittelbetätigten Ventil, das einen von einem Einlaß zu einer Auftragsdüse o. dgl. führenden Fluidkanal gesteuert öffnet und das eine mit einem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilnadel aufweist, die in koaxialer Anordnung einen in einem Zylinder der Vorrichtung in Richtung der Achse der Ventilnadel hin- und herbewegbaren und eine von der Ventilnadel durchsetzte Zentralbohrung aufweisenden Kolben trägt.The invention relates to a device for intermittently applying a fluid to a substrate, with a pressure medium-operated valve which opens a fluid channel leading from an inlet to an application nozzle or the like in a controlled manner and which has a valve needle which interacts with a valve seat and which carries, in a coaxial arrangement, a piston which can be moved back and forth in a cylinder of the device in the direction of the axis of the valve needle and which has a central bore through which the valve needle passes.
DKS/ilDKS/il
Martinistrasse 24 ■ D-28OO Bremen 1 Telefon O421-32 8O37 ■ Fax ()421-32«8 34 -Telex 244 02O fepat d ■ Datex-P43421043JlMartinistrasse 24 ■ D-28OO Bremen 1 Telephone 0421-32 8O37 ■ Fax ()421-32«8 34 -Telex 244 02O fepat d ■ Datex-P43421043Jl
Vorrichtungen der geschilderten Ausführungen sind vielfach bekannt. Nur beispielhaft sei auf das DE-GM 88 02 562.4 oder auf die US-PS 4 185 996 verwiesen. Die bekannten Vorrichtungen dienen dazu, eine für den vorgesehenen Verwendungszweck möglichst geringe Menge an Schmelzkleber so auf das Substrat aufzubringen, daß die angestrebte Klebsicherheit gewährleistet ist. Man erreicht dieses Ziel in vielen Fällen weitestgehend dadurch, daß man den Schmelzkleber in Form von kleinen Klebstoffpunkten oder kurzen Klebstoffraupen aufträgt. Die relativen Vorschubgeschwindigkeiten zwischen Substrat und den beteiligten Auftrags-Vorrichtungen der einleitend genannten Art sind außerordentlich hoch, so daß die Klebstoffmengen mit einer sehr hohen Frequenz abgegeben werden müssen. Mit gleicher Frequenz müssen die Ventilnadel und ihr Kolben gesteuert werden. Bemerkenswert ist noch, daß man heute Standzeiten von Ventilnadel und Kolben in der Größenordnung von 40 bis 100 Mio. Zyklen erwartet.Devices of the types described are widely known. For example, reference is made to DE-GM 88 02 562.4 or US-PS 4 185 996. The known devices serve to apply the smallest possible amount of hot melt adhesive to the substrate for the intended purpose in such a way that the desired bonding security is guaranteed. In many cases, this goal is largely achieved by applying the hot melt adhesive in the form of small adhesive dots or short adhesive beads. The relative feed speeds between the substrate and the application devices involved of the type mentioned above are extremely high, so that the adhesive quantities must be released at a very high frequency. The valve needle and its piston must be controlled at the same frequency. It is also noteworthy that today the service life of the valve needle and piston is expected to be in the order of 40 to 100 million cycles.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die bisher erreichten Standzeiten der Vorrichtungen weiter zu erhöhen, um die Produktivität der mit diesen Vorrichtungen arbeitenden Maschinen - beispielsweise im Bereich der Verpackungsindustrie - durch Verringerung der Ausfallzeiten zu steigern.The invention was based on the task of further increasing the service life of the devices achieved so far, in order to increase the productivity of the machines working with these devices - for example in the packaging industry - by reducing downtime.
Wie sich in vielen Versuchsreichen unerwartet herausstellte, wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art sehr zufriedenstellend dadurch gelöst, daß man den Kolben mittels einer Schrumpfverbindung kraftschlüssig mit der Ventilnadel verbindet. Ob die Ursache für den erzielten Erfolg darin liegt, daß man durch die erfindungsgemäße Lehre die bewegten Massen verringern kann oder darin, daß durch den Wegfall der bisher üblichen Schraubverbindung zwischenAs has unexpectedly been shown in many tests, the task is solved very satisfactorily in a device of the type described above by connecting the piston to the valve needle in a force-locking manner using a shrink connection. Whether the reason for the success achieved is that the inventive teaching enables the moving masses to be reduced or that the elimination of the previously usual screw connection between
Kolben und Ventilnadel analog der Ausführungen der US-PS 4 185 996 durch Verkanten verursachte komplexe Schwingungen vermieden oder Reibungsverluste abgebaut werden, ist mit Sicherheit derzeit nicht zu sagen.It cannot currently be said with any certainty whether complex vibrations caused by jamming can be avoided or friction losses reduced by using pistons and valve needles analogous to the designs in US Patent No. 4,185,996.
Obwohl es nach den bisherigen Versuchsergebnissen nicht erforderlich ist, wird aus Sicherheitsgründen bevorzugt, daß zwischen Kolben und Ventilnadel eine zusätzliche Formschlußverbindung vorgesehen wird, die nach dem Herstellen der Schrumpfverbindung erzeugt wird.Although it is not necessary according to the test results to date, it is preferred for safety reasons that an additional positive connection is provided between the piston and the valve needle, which is created after the shrink connection has been made.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilnadel zwei axial beabstandete und radial in die Ventilnadel eingesenkte Ringnuten aufweist, die zwischen sich den an der Schrumpfverbindung beteiligten Abschnitt der Ventilnadel einschließen, daß der Kolben, ausgehend von seinen beiden Stirnflächen, jeweils eine, seine Zentralbohrung mit Abstand umgebende, axial eingesenkte Stirnnut o. dgl. aufweist, und daß die zwischen Zentralbohrung und Stirnnut befindliche Wand der Stirnnut so dimensioniert und positioniert ist, daß sie zur Bildung der zusätzlichen Formschlußverbindung in die zugeordnete Ringnut der Ventilnadel einsenkbar ist und sich mit ihrer freien Stirnfläche gegen eine Wand der zugeordneten Ringnut legt.In the preferred embodiment of the invention, it is provided that the valve needle has two axially spaced annular grooves that are recessed radially into the valve needle and that enclose between them the section of the valve needle involved in the shrink connection, that the piston, starting from its two end faces, has an axially recessed end groove or the like that surrounds its central bore at a distance, and that the wall of the end groove located between the central bore and the end groove is dimensioned and positioned in such a way that it can be recessed into the associated annular groove of the valve needle to form the additional positive connection and that its free end face rests against a wall of the associated annular groove.
Um die Kräfte beim Crimpen der zusätzlichen Formschlußverbindung klein zu halten, kann vorgesehen sein, daß die verformbaren Wände der Stirnnuten des Kolbens aus in Umfangsrichtung beabstandeten Kreissegmenten bestehen. In order to keep the forces when crimping the additional form-fitting connection small, it can be provided that the deformable walls of the piston's face grooves consist of circular segments spaced apart in the circumferential direction.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.Further advantageous design options for the device according to the invention are specified in the further subclaims.
Die Erfindung ist nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawings. In the drawings:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Gerätes zumFig. 1 is a perspective view of a device for
Auftragen von Schmelzkleber mit einer Vorrichtung der erläuterten Art;Applying hot melt adhesive using a device of the type described;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den wesentlichen Teil der Vorrichtung;Fig. 2 is a vertical section through the essential part of the device;
Fig. 3 eine teilgeschnittene Ansicht einer Ventilnadel mit Kolben; undFig. 3 is a partially sectioned view of a valve needle with piston; and
Fig. 4 eine Ansicht des kolbenseitigen Endes der Ventilnadel mit einer alternativen Ausführung von Ringnuten für eine zusätzliche Formschlußverbindung.Fig. 4 a view of the piston-side end of the valve needle with an alternative design of ring grooves for an additional positive connection.
In Fig. 1 ist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gerät zum Aufbereiten und Auftragen von Schmelzkleber dargestellt. Es weist eine Aufschmelz- und Dosiervorrichtung 12 auf, die ein Schmelzgerät 14 und ein Steuergerät 16 enthält. Eine oberseitige Öffnung des Schmelzgeräts 14 ist im Betrieb mittels eines Deckels 18 verschlossen; die Öffnung dient dem Einfüllen beispielsweise von Schmelzkleber-Granulat, das bei Raumtemperatur fest ist.In Fig. 1, a device for preparing and applying hot melt adhesive is shown, designated as a whole by 10. It has a melting and dosing device 12, which contains a melting device 14 and a control device 16. An opening on the top of the melting device 14 is closed during operation by means of a lid 18; the opening is used for filling in, for example, hot melt adhesive granules, which are solid at room temperature.
Vom Schmelzgerät 14 führt ein Schlauch 20 zu einem Auftragskopf 22, der seinerseits eine Düse 23 aufweist. Heiz- und Steuerleitungen 24 verbinden das Steuergerät 16 mit dem Auftragskopf 22, so daß der von der Vorrichtung 12 abgegebene flüssige Schmelzkleber durch den üblicherweise beheizten Schlauch 20 zum Auftragskopf 22 gelangen und dort unter dem Einfluß des Steuergeräts 16 in der jeweils gewünschten Weise durch die Düse 23 auf ein nicht dargestelltes Substrat abgegeben werden kann. Um einen Temperaturverlust im Schmelzkleber auf dem Wege vom Schmelzgerät 14 zur Düse 23 gering zu halten,A hose 20 leads from the melting device 14 to an application head 22, which in turn has a nozzle 23. Heating and control lines 24 connect the control device 16 to the application head 22, so that the liquid hot melt adhesive dispensed by the device 12 passes through the usually heated hose 20 to the application head 22 and can be dispensed there under the influence of the control device 16 in the desired manner through the nozzle 23 onto a substrate (not shown). In order to minimize temperature loss in the hot melt adhesive on the way from the melting device 14 to the nozzle 23,
sind neben der durch die Leitungen 24 versorgten (nicht dargestellten) Heizeinrichtung Isolier-Manschetten 26 vorgesehen, die die Anschlußverschraubungen 28 an den beiden Enden des Schlauches 20 abdecken.In addition to the heating device (not shown) supplied by the lines 24, insulating sleeves 26 are provided which cover the screw connections 28 at both ends of the hose 20.
In Fig. 2 ist ein Auftragskopf 22' im Schnitt dargestellt, der gegenüber dem Auftragskopf 22 der Fig. 1 einige - im vorliegenden Fall unbedeutende - Abweichungen aufweist.Fig. 2 shows a section through an application head 22' which, compared to the application head 22 of Fig. 1, has some - in the present case insignificant - differences.
Der Auftragskopf 22' ist mit einem Einlaßstutzen 30 für den flüssigen Schmelzkleber versehen, der durch den nicht gezeigten Schlauch 20 in Richtung des Pfeiles zuströmt und durch einen Kanal 32 des Einlaßstutzens 30 in einen Vorraum 34 eines Abschnittes 35 des Auftragskopfes 22' gelangt. Am - in der Zeichnung - unteren Ende des Vorraums 34 befindet sich ein Ventilsitz 36, durch den eine Düsenbohrung 38 in die nur teilweise dargestellte Düse 23' hinein und aus dieser Düse in die Umgebung führt.The application head 22' is provided with an inlet nozzle 30 for the liquid hot melt adhesive, which flows through the hose 20 (not shown) in the direction of the arrow and passes through a channel 32 of the inlet nozzle 30 into an antechamber 34 of a section 35 of the application head 22'. At the - in the drawing - lower end of the antechamber 34 there is a valve seat 36 through which a nozzle bore 38 leads into the only partially shown nozzle 23' and out of this nozzle into the environment.
Abgesetzt von dem erwähnten Abschnitt 35 des Auftragskopfes 22' ist ein Gehäuse 40, welches axial durchbohrt ist und der abgedichteten Führung einer Ventilnadel 70 dient, welche das gesamte Gehäuses 40 durchsetzt, an ihrem (in der Zeichnung) unteren Ende am Ventilsitz 36 endet und an ihrem entgegengesetzten Ende einen Kolben 80 trägt.Set apart from the mentioned section 35 of the application head 22' is a housing 40 which is axially drilled through and serves for the sealed guidance of a valve needle 70 which passes through the entire housing 40, ends at its lower end (in the drawing) at the valve seat 36 and carries a piston 80 at its opposite end.
Der Kolben 80 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stufenkolben, dessen größter Durchmesser dem Ventilsitz 36 zugekehrt ist und der in einem abgestuften Zylinder 42 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 42 hat ausweislich Fig. 2 die weitere Funktion einer Kappe, die an dem dem Abschnitt 35 entgegengesetztenIn the embodiment shown, the piston 80 is a stepped piston, the largest diameter of which faces the valve seat 36 and which can be moved back and forth in a stepped cylinder 42. As shown in Fig. 2, the cylinder 42 has the additional function of a cap which is attached to the side opposite the section 35.
Ende des Gehäuses 40 mit diesem verschraubt ist. Mit Hilfe einer Reihe von O-Ringen ist ausweislich der Fig. 2 sichergestellt, daß Schmelzkleber den Auftragskopf nur durch die Düsenbohrung 38 verlassen und innerhalb des Auftragskopfes nicht durch die die Ventilnadel 70 aufnehmende Bohrung des Gehäuses 40 hindurchgelangen kann.end of the housing 40 is screwed to it. With the help of a series of O-rings, as shown in Fig. 2, it is ensured that hot melt adhesive can only leave the application head through the nozzle bore 38 and cannot pass through the bore of the housing 40 that accommodates the valve needle 70 within the application head.
Fig. 2 läßt weiterhin erkennen, daß der Kolben 80 über Anschlüsse 50, 60 mit Druckluft o. dgl. beaufschlagt wird, die ihrerseits mittels eines Magnetventils 100 entsprechend den vom Steuergerät 16 über eine Steuerleitung 24' kommenden Befehlen auf die eine oder andere Stirnfläche des abgestuften Kolbens 80 gegeben wird. Mittels einer Druckfeder 90 wird der Kolben 80 in seine nicht dargestellte untere Ruhestellung vorgespannt, damit der Auftragskopf beim Ausfall von Energie keinen Schmelzkleber unbeabsichtigt abgibt.Fig. 2 also shows that the piston 80 is supplied with compressed air or the like via connections 50, 60, which in turn is applied to one or the other end face of the stepped piston 80 by means of a solenoid valve 100 in accordance with the commands coming from the control unit 16 via a control line 24'. The piston 80 is preloaded into its lower rest position (not shown) by means of a compression spring 90, so that the application head does not inadvertently release any hot melt adhesive in the event of a power failure.
Der Kolben 80 ist mittels einer Schrumpfverbindung dauerhaft mit der Ventilnadel 70 verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat die Ventilnadel 70 (wie auch im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4) einen mit H6 tolerierten Außendurchmesser von 3 mm. Der Kolben weist eine Zentralbohrung auf, die einen Durchmesser von 2,98 mm hat. Die Ventilnadel ist üblicherweise als Ganzes gehärtet.The piston 80 is permanently connected to the valve needle 70 by means of a shrink connection. In the embodiment according to Fig. 2, the valve needle 70 (as in the embodiment according to Figs. 3 and 4) has an outside diameter of 3 mm tolerated with H6. The piston has a central bore that has a diameter of 2.98 mm. The valve needle is usually hardened as a whole.
Zum Herstellen der Verbindung zwischen Kolben und Ventilnadel wird der Kolben zunächst auf eine Temperatur von etwa 400° C (bei einem Aluminium-Kolben) bzw. 330° C (bei einem Messing-Kolben) aufgeheizt und dann in einer Vorrichtung exakt positioniert über die Ventilnadel geschoben. In der korrekten Position kühlt sich der Kolben ab, wodurch die angestrebte Schrumpfverbindung zwischen den beiden Teilen gebildet wird. Versuche habenTo create the connection between the piston and the valve needle, the piston is first heated to a temperature of around 400° C (for an aluminum piston) or 330° C (for a brass piston) and then pushed over the valve needle in a device in a precise position. In the correct position, the piston cools down, creating the desired shrink connection between the two parts. Tests have shown
bestätigt, daß die Standzeit der Verbindung größer ist als die Standzeit des Absperrbereiches am unteren freien Ende der Ventilnadel.confirms that the service life of the connection is greater than the service life of the shut-off area at the lower free end of the valve needle.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist zusätzlich zu der Schrumpfverbindung eine doppelte Formschlußverbindung zwischen der Ventilnadel 70 und dem Kolben 80 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Ventilnadel 70 an dem ihrem Ventilkegel 72 entfernten Endabschnitt mit zwei in axialer Richtung beabstandeten Ringnuten 73, 74 versehen, die gemäß Fig. 3 in der Ansicht die Form eines U haben. Die Seitenwände der Ringnuten verlaufen deshalb parallel zueinander sowie senkrecht zum Boden der jeweiligen Ringnut und zum Umfang der Ventilnadel 70.In the embodiment according to Fig. 3, in addition to the shrink connection, a double positive connection is provided between the valve needle 70 and the piston 80. For this purpose, the valve needle 70 is provided at the end section remote from its valve cone 72 with two axially spaced annular grooves 73, 74, which, according to Fig. 3, have the shape of a U in the view. The side walls of the annular grooves therefore run parallel to one another and perpendicular to the bottom of the respective annular groove and to the circumference of the valve needle 70.
Der Abstand zwischen den Ringnuten 73, 74 ist nur etwas kleiner als die axiale Länge des Kolbens 80, damit ein ausreichend großer axialer Abschnitt der Ventilnadel 70 und des Kolbens 80 für die Bildung der Schrumpfverbindung zur Verfügung steht.The distance between the ring grooves 73, 74 is only slightly smaller than the axial length of the piston 80 so that a sufficiently large axial section of the valve needle 70 and the piston 80 is available for the formation of the shrink connection.
In beide Stirnflächen 81, 82 des Kolbens 80 sind in Axialrichtung Stirnnuten 83, 84 eingearbeitet. Der Einfachheit halber ist nachfolgend nur die Stirnnut 83 sowie ihr Anteil an der zusätzlichen Formschlußverbindung zwischen Kolben und Ventilnadel beschrieben. Sinngemäß dasselbe gilt für den Bereich der Stirnnut 84 an der anderen Stirnfläche 82 des Kolbens 80.Face grooves 83, 84 are machined in the axial direction into both end faces 81, 82 of the piston 80. For the sake of simplicity, only the face groove 83 and its part in the additional positive connection between the piston and the valve needle are described below. The same applies to the area of the face groove 84 on the other end face 82 of the piston 80.
Die Stirnnut 83 ist um ein geringes Maß radial beabstandet von der Zentralbohrung des Kolbens 80, wie man in Fig. 3 gut erkennen kann. Dieser Abstand wird ausgefüllt von einer ringförmigen Wand 85, die mit ihrer radial außen liegenden Begrenzungsfläche die eine Wand der Stirnnut 83 und mit ihrer radial inneren Fläche dieThe face groove 83 is slightly spaced radially from the central bore of the piston 80, as can be clearly seen in Fig. 3. This distance is filled by an annular wall 85, which with its radially outer boundary surface forms one wall of the face groove 83 and with its radially inner surface forms the
Begrenzung der Zentralbohrung bildet. Die Dicke der Wand 85 ist so bemessen, daß sie mit einem vergleichsweise geringen Preßdruck von etwa 30 - 35 bar in die in Fig. 3 gezeigte Form gepreßt werden kann, in der das freie axiale Ende der Wand 85 in die Ringnut 73 hineingelangt ist und an der dem Ventilkegel 72 zugekehrten Begrenzungswand der Ringnut 73 anliegt. Sinngemäß dasselbe gilt - wie gesagt - für die Formschlußverbindung im Bereich der Stirnnut 84; das freie axiale Ende der Wand weist dort aber auf das freie (obere) Ende der Ventilnadel.The thickness of the wall 85 is such that it can be pressed with a comparatively low pressure of about 30 - 35 bar into the shape shown in Fig. 3, in which the free axial end of the wall 85 has entered the annular groove 73 and is in contact with the boundary wall of the annular groove 73 facing the valve cone 72. The same applies - as mentioned - to the positive connection in the area of the face groove 84; however, the free axial end of the wall there points to the free (upper) end of the valve needle.
Es versteht sich, daß die Breite der Stirnnuten 83, in radialer Richtung mindestens so groß bemessen wird, daß ein Crimpwerkzeug zum Ausüben des erwähnten Preßdruckes angesetzt werden kann. Auch leuchtet ein, daß zunächst die primäre Schrumpfverbindung hergestellt und die zusätzliche Formschlußverbindung durch Verformung der Wände 85 der Stirnnuten anschließend erzeugt wird.It is understood that the width of the end grooves 83 in the radial direction is at least large enough that a crimping tool can be used to exert the aforementioned pressing pressure. It is also clear that the primary shrink connection is made first and the additional form-fitting connection is then created by deforming the walls 85 of the end grooves.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Abwandlung der Ventilnadel 70 ist nur deren kolbenseitiges Ende dargestellt. Gezeigt ist in Fig. 4 primär, daß die Ringnuten 73, 74 nicht notwendigerweise eine U-förmige Ansicht aufweisen, sondern auch kegelförmig derart ausgebildet sein können, daß sich der Umfang der Ventilnadel 70 von beiden Enden des Bereiches der Schrumpfverbindung kegelförmig absenkt und Ringnuten 73', 74' bildet, die nur jeweils eine Begrenzungswand als Anschlag für die Wände 85 der Stirnnuten haben.In the modification of the valve needle 70 shown in Fig. 4, only its piston-side end is shown. Fig. 4 primarily shows that the annular grooves 73, 74 do not necessarily have a U-shaped view, but can also be conical in such a way that the circumference of the valve needle 70 descends conically from both ends of the shrink connection area and forms annular grooves 73', 74', which each have only one boundary wall as a stop for the walls 85 of the end grooves.
In einer anderen Alternative ist die Zentralbohrung des Kolbens 80 ein Sackloch, in das die Ventilnadel eingeschoben wird und dessen Boden den einen Teil der doppeltwirkenden Formschlußverbindung bildet. Mittels nur einer Stirnnut und nur einer Ringnut läßt sich dabei die Formschlußverbindung komplettieren.In another alternative, the central bore of the piston 80 is a blind hole into which the valve needle is inserted and whose bottom forms one part of the double-acting positive connection. The positive connection can be completed using only one face groove and only one ring groove.
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