EP1757807A1 - Micrometering system - Google Patents
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- EP1757807A1 EP1757807A1 EP05018338A EP05018338A EP1757807A1 EP 1757807 A1 EP1757807 A1 EP 1757807A1 EP 05018338 A EP05018338 A EP 05018338A EP 05018338 A EP05018338 A EP 05018338A EP 1757807 A1 EP1757807 A1 EP 1757807A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- piston
- medium
- ejector
- microdosing
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
Definitions
- the invention relates to a Mikrodosiersystem that can position non-compressible media or highly viscous media such as conformal coatings, flux, adhesives and paints in small quantities with high accuracy.
- Microdosage systems place small quantities per dosage at a selected one. Place.
- the applicant is pressure-time-controlled systems are known, which bring the metered medium to a metering valve under a relatively high pressure, usually at pressures of more than 5 bar and then direct the pressurized medium without contact. These systems are referred to in the art as jet systems.
- a disadvantage of this type of microdosing is that it is not volumetric. The amount of medium is dependent on the pressure, the opening time of the valve and the viscosity of the medium, which is perceived in the art as very disadvantageous.
- Microdosing systems are preferably used in automation technology. Due to the high dosing frequencies - in particular 60 and more doses per second - which are required by the production, the pressures of the medium must be increased in jet metering valves. However, they save themselves at high pressure into their constituents. As a result, especially microdosing of fats with these systems is a problem.
- the pressure-time-controlled jet process is not volumetric and requires the operation of high pressures, which in addition to the requirements for the design of the systems, the dosage of certain media, especially fats, impossible or at least severely limits.
- the well-known volumetric method, the dosage with needle valve does not work without contact, which brings the problems described with it.
- Another metering piston pump system for continuous, pulsation-free fluid delivery is from the Swiss publication CH 500 378 removable.
- the pistons of two pump heads mounted in parallel are each driven by a ram. With the help of a cam, the two rams are raised alternately.
- the pistons are each by a spiral spring recycled.
- in the additional patent to the Swiss publication CH 500 378 in the CH 516 084 Discloses further embodiments with respect to suitable supply and discharge channels for continuous pumping systems.
- microdosing system which is as accurate as possible and which is designed in such a way that it can also be used in automation technology plants with correspondingly long service lives and high cycle numbers, i. many doses per second, can be used without problems.
- the object of the invention is at least partially achieved by a metering system according to claim 1.
- Advantageous embodiments are to be seen in the dependent claims.
- the microdosing system is suitable for volumetrically exact metering of incompressible media.
- it is a closed system which has the following means: a means for opening and closing the system, a means for determining the volume of the medium to be dispensed and a suitable ejector.
- the ejector ejects the medium from the system through at least one nozzle.
- the medium itself is accelerated during ejection.
- the nozzle and / or the ejector act in total so that the initially stationary medium undergoes such an acceleration that it is precisely positioned and spun without contact to the point to be wetted.
- the milk metering system has at least one means for conveying the medium.
- the means for conveying the medium next to it can also perform another of the aforementioned functions. Due to the presence of a means for conveying the medium, it is possible to provide the medium to the ejector almost without pressure or in the low pressure region. The high pressures, which decompose certain viscous media usually, are not nearly reached. Minimum pressures, z. In the range of 0.2 bar, may be present due to the system, because usually a feed pump in a supply line for the means for. Opening and closing the system is provided.
- the ejection process is initiated between the nozzle and the ejector.
- the medium located between the ejector and the nozzle is almost completely, that is, insignificant residual quantities may remain only, displaced.
- the fact that the ejection process relies on a certain amount defined by the means for determining the volume provides for the highly accurate and volumetric dosing.
- Another advantage of the microdosing system is the fact that the dosage is also "overhead", d. H. with inverted orientation of the microdosing, so that the surface to which the medium is to be applied, is located above the system, can take place. Even then it is dosed exactly and without blobbing.
- the dosage is more accurate. This also makes a further contribution to nasal and drip free.
- the nozzle and ejector are coordinated so that the ejector can find its seat in a conical bore and completely fills the space of the bore at least in the nozzle area.
- the two forms are coordinated so that inclination deviations in the cones or conical shapes below the micron range, d. H. less than 1/1000 mm, lie.
- the incompressible medium can be metered in a targeted manner, in particular at a certain distance from a receiving surface to which the medium is to be applied. Touching the surface, as with needle valves, no longer needs to be ensured. Due to the non-contact dosage even the finest mechanical components which would be destroyed under low pressure or low momentum can be supplied with the medium.
- the means for opening and closing the system may be, for example, a slider.
- a suitable check valve could be selected.
- a slider is usually mechanically designed with less effort. In the closed state, the slide separates the medium, which is located in a so-called storage space, from the medium, which is located in a supply line to the microdosing system. This contributes to discontinuity.
- the means for determining the volume and for conveying the medium may be a pump, in particular a gear pump. Due to the great knowledge about miniaturized gear pumps, such pumps can be easily used.
- a microdosing system provides that it provides a piston as a means for opening and closing the system, the means for conveying and the volume determination is another piston and the ejector is designed as a third piston.
- the means for determining the volume may comprise a piston which is controllable transversely to a reservoir.
- the flow direction of the medium and the control direction of the piston are almost perpendicular to each other.
- the volume is expanded or limited.
- the volume determination is performed.
- the piston itself preferably can not completely pass through the storage space of the medium. He does not reach the opposite side of the storeroom
- a piezoelectric element instead of a mechanical drive so an electric drive is possible. If the Mikrodosiersystem has little space, can be obtained by the use of piezo elements instead of a camshaft space. The piezo elements contribute to a more impulsive movement behavior.
- a further embodiment is that sealing elastomers are provided at the entry points of the piston in a housing, which provide upon application of a force for a one-sided bias of the piston. It is advantageous if the elastomer is incompressible and flowable. Thus, the elastomer performs several tasks. It seals the storeroom on one side, on the other side it ensures a defined position of the. Pistons, if not driven forward, d. H. the sealing elastomer has spring action.
- the suitable sealing elastomer may also be used at other locations in the system. A suitable place is z. B. the storage space facing the end of a piston which separates the storage space as a means for completing and opening the system.
- sealing elastomers Due to the numerous positions of the sealing elastomers closed systems are generated, so that the highly viscous medium can leak controlled metered only at a single point. Another location for the sealing elastomer is the conical or frusto-conical tip of the ejector. As means for determining the volume and for conveying the medium, it is also possible to provide a sealing elastomer which seals off the point of entry of the piston and in which the conveying and volume-determining activities are carried out by applying pressure to the elastomer.
- a microdosing system 1 shows a microdosing system 1 as a schematic block diagram with conventional process-related characters.
- the individual blocks are a.
- Means for opening and Completing 11 of the system 1 a volume determination means 13 of a medium 3, which is preferably an incompressible medium, such as a paint, an adhesive or a flux used in electronics manufacturing, a means 15 for promoting the medium 3 and an ejector 17 for the medium 3.
- media and means for micromechanical production can be used, such as oils or fats and lubricants.
- the known difficult-to-dose high-viscosity substances, such as fats can be well promoted and dosed with the microdosing 1. The single ones.
- Means 11, 13, 15 and the ejector 17 communicatively communicate with each other, represented by the connecting lines 61, wherein in some embodiments, the connecting line must not be given as a separate element; essential is the connection of one agent with the other.
- the means for opening and closing 11 of the microdosing 1 makes the system a closed system, which can always flow only a certain amount of the medium 3 in the microdosing 1 from the supply line 33.
- individual means can also fulfill several functions at the same time, for example, the means for volume determination 13 and the means for. Conveying 15 as a unit executable when the means 13, 15 are for example a gear pump 7.
- the ejector 17 dosed accurately, especially drip-free, noseless and thread-free medium 3 in the desired direction, z. B. on the surface 4, to which the medium is to be applied, as shown by the droplets in Fig. 1st
- the medium 3 can be completely depressurized or with a minimum pressure of less than 5 bar, preferably less than 1 bar or even 0.5 bar, compared to conventional systems.
- the pressure results from the conveyors which, not shown, introduce the medium from a storage container (not shown) to the microdosing system 1.
- the microdosing system 1 does not need its own overpressure, so that the dosage works.
- the microdosing system 1 is even designed to work without any overpressure beyond the pressure inherent in the medium, referred to as autogenous pressure.
- a suitable embodiment according to individual components the listed for Fig. 1 means 11, 13, 15 and the ejector 17 is shown.
- the ejector 17 has a piston referred to as ejector piston 45.
- a closure piston 41 and a process piston 43 are present in the respective housings 10.
- the closure piston 41, the process piston 43 and the ejector piston 45 together with the housings 10 form a microdosing system 1, wherein the individual means 11, 13, 15 and the ejector 17 through the connecting lines. 61 are connected so that the medium 3 without receiving ambient air from a means 11, 13, 15 to the next means 11, 13, 15 is continued.
- the closure piston 41 in the housing 10 of the opening and closing means 11 has the function of a slide 31, the supply line 33, which leads into the housing 10, in a closing manner and temporarily opens for a subsequent delivery of the medium 3 to the other means ,
- the volume determination means 13 is equipped with a process piston 43. Whose end 47 is arranged changeable in a free area of a storage space 35. The path length of the piston stroke and the diameter of the piston 43 determine the volume to be metered.
- the means for determining the volume 13 may be constructed so that only by the reaching into the reservoir 35 of the means for determining volume 13 end 47 of the piston 43, a volume determination takes place.
- the process piston 43 with the housing 10 performs the function of a piston pump.
- the storage space 35 is permanently completely filled with the medium 3 to be dispensed, as well as the lines 61.
- the ejection piston 45 which is an important part of the ejector 17, ends with a part 19 of the ejector 17, which is provided with a tip 23 at the front end 21 of the ejector piston 17.
- the tip 23 is at least piecewise precisely tailored for a seat 27 of a designed as a nozzle 25 opening 29, laser cut or eroded. Due to the exact fit of seat 27 and front end 21, the highly accurate and thread-free dosage is favored.
- the means 11, 13, 15 and the ejector 17 are designed to be variable in their opening directions, so that the medium 3 undergoes a deflection in its flow movement. According to the embodiment, the deflection of the flow direction is in each case 90 °.
- FIGS. 3 and 4 show an embodiment of a microdosing system 100 according to the invention as a piston pump 108.
- Fig. 4 illustrates the piston pump 108 along the section A4-A4 in Fig. 3.
- the housing 110 which consists of individual components, but in total for the piston pump 108 is designed to be mounted in one piece, consists of individual blocks, with functional openings, holes. Recesses and milling are provided.
- the housing 110 consists in layers of a line housing 95, a reservoir housing 93, a piston block 91 and a bearing housing 97th
- the line housing 95 is with. Lines and openings equipped, so for example with the supply line 133 for the medium to be metered, which widens in a connection opening 134 opens. On the side facing away from the connection opening 134, the supply line 133 is delimited by an insert 128, through the center of which an opening 126 is provided as the seat for the closure piston 141.
- the port 134 is intended to be a connecting line, for. Example, a hose, as for example in Figs. 2 and 1, liquid-tight record.
- the supply line 133 has a diameter adapted to the amount of medium to be metered, which is smaller than the diameter of the connection opening 134.
- the line housing 95 shows a further opening 129, which runs in particular, at least partially, conically.
- the opening 129 may be made by drilling, including laser drilling, or honing.
- the opening 129 provides a seat 127 for an end 119 of the ejector 117, which is provided at its end 119 with a tip 123.
- a Auswutfsreservoir 130 is formed in the region of the end 119 of the ejector 117, in which the medium is conveyed and from which it is ejected.
- the storage space housing 93 is equipped with a recess which acts as a storage space 135. It has a first page 137 and a second page 139.
- the Vorratsraumgckorusc 93 is pierced.
- the pierced points are the inlet openings 159 for the pistons 141, 143 and 145, wherein the pistons either penetrate or even project into the storage space 135.
- the piston block 91 also includes recesses in areas of the pistons 141, 143, 145.
- the pistons 141, 143, 145 are guided in guide sleeves 175 longitudinal rams, the transformer 177, in the embodiment of FIGS. 3 and 4 ball bearings 179 and rocker arm 181st of Control disk drives 151, all of which are supported on a camshaft drive 153 ', are moved.
- the pistons 141, 143, 145 pierce sealing elastomers 157 and their stops 189 approximately centrally.
- the sealing elastomers 157 cover the entry points 159 of the pistons.
- the sealing elastomers 157 prevent medium from the storage space 135 from escaping via the entry points 159.
- the pistons 141, 143, 145 are moved via the transformer 177.
- transformers sit in recesses of the piston block 91, which is created on the side facing away from the reservoir side.
- the transformers are each driven by the control disk drives 151, which are seated on a camshaft drive 153, whereby several cams may also be present per complete revolution.
- the camshaft drive 153 is ball-bearing in at least two distally spaced, located at the end of the camshaft drive ball bearings 163.
- the camshaft drive 153 is driven by a drive shaft 165 which is driven by a bevel gear 167 operatively connected first bevel gear 169 and second bevel gear 171 power and speed driven.
- the bevel gear is secured on the shaft with the clamping ring 173.
- FIG. 5 the sequence of movements (A ⁇ F) of the individual pistons 241, 243, 245 of the microdosing system according to the invention, embodied as a piston pump 208, is shown in more detail in a schematic form.
- the medium 3 is present in the supply line 233.
- the ejection piston 245 closes by a concern in his seat 227, the opening 229.
- the closure piston 241 is withdrawn from the opening of the supply line so far that the medium 3 can flow into the reservoir 235, wherein the process piston 243 in a position within the storage space 235 is located; a position that is called closed.
- the process piston 243 is opened (arrow).
- the process piston 243 is partially released from the storage space 235 by moving it back.
- the medium 3 can continue to flow into the reservoir 235.
- the retraction of the process piston 243 takes place in the direction of the first side 237 of the storage space 235, away from the second side 239 of the storage space 235.
- a certain negative pressure in the reservoir 235 is generated, which is filled up by the medium 3.
- the delivered volume is determined.
- the process piston 243 initially remains in its retracted position, while the closure piston 241, which operates as a means for opening and closing the Mikrodostsrsystems, the supply line 233 blocked (arrow).
- a closed, sealed system has been formed with a precisely metered amount.
- the ejector piston 245 (arrow) opens by being lifted off its seat 227 and retracted, drawing in some outside air.
- the process piston 243 moves into the storage space 235 and to the second side 239 of the storage space 235 (arrow). It is lowered while the ejector or the ejector piston 245 remains open. As a result, the medium 3 passes into the ejection reservoir 230 and before the ejection piston 245.
- the ejector piston 245 lowers (arrow).
- the ejection piston 245 By the movement of the ejection piston 245, the medium 3 is ejected and the nozzle 225, through which the medium has been ejected in the ejection process, is closed. Thereafter, a new dosing begins, with the first step, as shown in Fig. 5A.
- Such a movement can be run several tens of times per second.
- the control of the piston 241, 243, 245 interpreted very precisely. Suitable are controls with cam fly drives and also piezo element drives.
- the nozzle 225 and / or ejector are designed such that the medium 3 experiences an acceleration during ejection.
- the special feature in the ejector piston 245 and its tip 223 is shown in more detail in FIG. Fig. 6A show the ejection piston 245 in the open state and Fig. 6B in the closed state. In the upper circles I and II, the end 219 is shown enlarged, as shown in the accompanying diagram below. In the retracted position of the ejection piston 245, the medium 3 at the tip 223 of the ejection piston 245 can flow past into the ejection reservoir 230 and thus in front of the opening 229.
- the tip 223 has in its rest position, when it lies on the seat 227, a positive and fully sealing contact with the opening 229 forming part of the housing 210.
- the sealing length in the seat 227 between the tip 223 of the ejector piston 245 and the nozzle 225 is sufficiently long to allow no media to escape. Due to the precise design and the special shape not only a good seal is achieved, but the medium undergoes an acceleration in the ejection process, in addition to the acceleration it undergoes by the downward movement of the ejection piston 245.
- the medium in the preferred embodiment undergoes such a high acceleration that it is ejected from the microdosing system with high precision and concentrated in one drop.
- the tip 223 of the ejection piston 245 is made of an elastomeric material. As a result, a particularly good fitting and fitting of the tip 223 to the seat 227 are achieved.
- a further preferred embodiment provides that the ejector, here the ejector piston 245, is designed so that the tip 223 projects beyond the opening 229 of the nozzle 225 when the ejector rests in its closed position, also referred to as the rest position, in the seat 227 ,
- the protrusion of the tip 223 of the ejector piston 245 across the surface 240 of the microdosing system, which faces the surface to which the media is to be applied, further contributes to cleaner dosing.
- FIG. 7 schematically shows a means for volume determination and a means for conveying, which have been realized in a process piston 343.
- an elastomer 309 is provided, which completely covers the opening 359 of the storage space 335.
- the elastomer 309 is incompressible and flowable, so that the plunger 349 of the piston is separated from the storage space.
- the elastomer 309 is displaced by the action of force (arrow 320) from the side opposite the end 347 of the process piston 343, from the top in the illustration of FIG. 7B. This displacement is shown schematically in FIG. 7B.
- the opening 359 and thus the volume of the storage space 335 is reduced.
- the medium is thereby conveyed in the direction of the ejector (not shown).
- This conveying movement is indicated by the arrow 350 in the illustration of FIG. 7, which in FIG. 7B has moved somewhat in the direction of the ejector in the illustration to the left in comparison with FIG. 7A.
- a pump-suction effect is generated, which is a promotion of the medium causes.
- a volume determination on the one hand on the dimensioning of elastomer 309 and opening 359 and the other on the degree of displacement of the elastomer 309 is possible.
- the process piston can also be realized entirely from the elastomer material. Even then, by means of appropriate force, a promotion function and by the appropriate dimensioning and the strength of the force volume determination.
- each individual piston also separate from the other pistons of the system, by means of piezo drive or by a pneumatic cylinder or by a camshaft drive can be operated.
- the cam drive has proven to be particularly fast and reliable.
- a piston by an equivalent means such.
- the microdosing system is characterized by a highly accurate dosage of micro quantities at very high numbers of cycles without droplet formation, and experiments have shown that far more than three billion switching cycles, as shown in FIG. 5, can be passed through without the microdosing system shows a deteriorated dosage, let alone dysfunctional.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Mikrodosiersystem, das nichtkomprimierbare Medien bzw. hochviskose Medien wie Schutzlacke, Flussmittel, Kleber und Farben in geringen Mengen hochgenau positionieren kann.The invention relates to a Mikrodosiersystem that can position non-compressible media or highly viscous media such as conformal coatings, flux, adhesives and paints in small quantities with high accuracy.
Mikrodosiersysteme platzieren geringe Mengen pro Dosierung an einen gewählten. Ort. Insbesondere bei der Elektronikfertigung, in der Schutzlacke, Flussmittel, Kleber und Farben eingesetzt werden müssen, und in der Mikromechanik, wie z. B. in Automobilschaltern, in denen minimale Mengen von Ölen und Fetten eingesetzt werden, wird mit Dosiermengen in der Größenordnung von weniger als 5 mm3, insbesondere mit Mengen von 1 mm3 und noch weniger, pro Dosierung gearbeitet Bei solchen geringen Mengen aus einem Mikrodosiersystem darf es möglichst keine Mengenabweichungen zwischen den einzelnen Dosierungen geben.Microdosage systems place small quantities per dosage at a selected one. Place. In particular, in electronics manufacturing, must be used in the protective coatings, flux, adhesives and paints, and in micromechanics, such as. As in automobile switches, in which minimal amounts of oils and fats are used, is used with dosing quantities of the order of less than 5 mm 3 , in particular with amounts of 1 mm 3 and even less, per dosage With such small amounts of a microdosing It should be possible no deviations in quantity between the individual dosages.
Dem Anmelder sind Druck-Zeit-gesteuerte Systeme bekannt, die unter einem relativen hohen Druck, in der Regel bei Drücken von mehr als 5 bar, das zu dosierende Medium an ein Dosierventil heranführen und das unter Druck stehende Medium dann berührungslos herausleiten. Diese Systeme werden in der Fachwelt als Jet-Systeme bezeichnet. Ein Nachteil dieser Art der Mikrodosierung ist, dass sie nicht volumetrisch erfolgt. Die Mediumsmenge ist abhängig vom Druck, der Öffnungszeit des Ventils und der Viskosität des Mediums, was in der Fachwelt als sehr nachteilig empfunden wird.The applicant is pressure-time-controlled systems are known, which bring the metered medium to a metering valve under a relatively high pressure, usually at pressures of more than 5 bar and then direct the pressurized medium without contact. These systems are referred to in the art as jet systems. A disadvantage of this type of microdosing is that it is not volumetric. The amount of medium is dependent on the pressure, the opening time of the valve and the viscosity of the medium, which is perceived in the art as very disadvantageous.
Mikrodosiersysteme werden vorzugsweise in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Aufgrund der hohen Dosierfrequenzen - insbesondere 60 und mehr Dosierungen pro Sekunde - die von der Fertigung gefordert werden, müssen die Drücke des Mediums bei Jet-Dosierventilen erhöht werden. Gerade rette separieren sich jedoch bei hohem Druck in ihre Bestandteile. Infolgedessen ist insbesondere die Mikrodosierung von Fetten mit diesen Systemen ein Problem.Microdosing systems are preferably used in automation technology. Due to the high dosing frequencies - in particular 60 and more doses per second - which are required by the production, the pressures of the medium must be increased in jet metering valves. However, they save themselves at high pressure into their constituents. As a result, especially microdosing of fats with these systems is a problem.
Daneben ist dem Anmelder ein Nadelsystem bekannt, das die gewünschte Menge des zu dosierenden Mediums mit der Nadel an die Dosierstelle heranführt. Hierbei handelt es sich um ein volumetrisches Verfahren. Die Steuerung von Automaten mit Nadeldosiergeräten ist jedoch insoweit problematisch, als diese den Kontakt mit der zu benetzenden Oberfläche brauchen. Dies erfordert eine äußerst exakte Einstellung der Weglängen und des Abstandes von Werkzeug zu Bauteil, was durch Toleranzen in. Bauteil und Werkzeug erschwert wird. Bedingt durch die notwendige exakte Nadelpositionierung müssen diese Automaten programmtechnisch so ausgelegt werden, dass sie an die von der Fertigung geforderten hohen Dosierungsfrequenzen nicht herankommen können. Weiterhin wird eine geringe Menge eines hochviskosen Mediums mit der Nadel in ihrer Rückzugsrichtung wieder mitgenommen. Es entsteht eine unerwünschte Nasen- oder Fadenbildung des Mediums.In addition, the applicant is aware of a needle system which brings the desired amount of the medium to be metered with the needle to the metering point. This is a volumetric method. However, the control of machines with Nadeldosiergeräten is problematic insofar as they need contact with the surface to be wetted. This requires a very precise adjustment of the path lengths and the distance from tool to component, which is complicated by tolerances in. Component and tool. Due to the necessary exact needle positioning, these machines must be programmatically so be interpreted that they can not approach the demanded by the production high dosage frequencies. Furthermore, a small amount of a high-viscosity medium with the needle in their withdrawal direction is taken back. The result is an undesirable nose or thread formation of the medium.
Somit weisen die beiden bekannten bei der Mikrodosierung eingesetzten Verfahren Nachteile auf. Das Druck-Zeit-gesteuerte Jet-Verfahren ist nicht volumetrisch und bedarf für den Betrieb hoher Drücke, was neben den Anforderungen an die Auslegung der Systeme die Dosierung gewisser Medien, insbesondere Fette, unmöglich macht oder zumindest stark einschränkt. Das bekannte volumetrische Verfahren, die Dosierung mit Nadelventil, arbeitet nicht berührungslos, was die geschilderten Probleme mit sich bringt.Thus, the two known methods used in the microdosing have disadvantages. The pressure-time-controlled jet process is not volumetric and requires the operation of high pressures, which in addition to the requirements for the design of the systems, the dosage of certain media, especially fats, impossible or at least severely limits. The well-known volumetric method, the dosage with needle valve, does not work without contact, which brings the problems described with it.
Folglich wurde in Kenntnis der zahlreichen Nachteile der bekannten Mikrodosiersysteme versucht, ein Mikrodosiersystem zu schaffen, das diskontinuierlich, tropffrei und möglichst exakt bei der geforderten Dosiermengenhäufigkeit nichtkompressible Medien und hochviskose Medien dosieren kann.Consequently, in view of the numerous disadvantages of the known microdosing systems, it has been attempted to provide a microdosing system which can dose non-drip media and highly viscous media discontinuously, drip-free and as accurately as possible at the required metering frequency.
Aus der Patentliteratur sind kontinuierliche Fördersysteme bekannt, die unter dem Schlagwort Kolbenpumpe bzw. Reihenkolbenpumpe beschrieben werden. So ist z. B. aus der
Ein weiteres Kleinstmengendosiersystem für Volumina in dem Bereich von 10 mm3 wird in der US-Fatentschrift
Ein weiteres Dosierkolbenpumpensystem für die kontinuierliche, pulsationsfreie Flüssigkeitsförderung ist aus der Schweizer Druckschrift
Der Hinweis, viskose Produkte durch eine Kolbenpumpe fördern zu können, ist der
Es besteht also ein Bedürfnis nach einem möglichst genauen Mikrodosiersystem, das so gestaltet ist, dass es auch in Anlagen der Automatisierungstechnik mit entsprechend langen Standzeiten bzw. Betriebszeiten und hohen Zyklenzahlen, d.h. vielen Dosierungen pro Sekunde, unproblematisch einsetzbar ist.Thus, there is a need for a microdosing system which is as accurate as possible and which is designed in such a way that it can also be used in automation technology plants with correspondingly long service lives and high cycle numbers, i. many doses per second, can be used without problems.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird wenigstens teilweise durch ein Dosiersystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestalttingen sind in den abhängigen Ansprüchen zu sehen.The object of the invention is at least partially achieved by a metering system according to claim 1. Advantageous embodiments are to be seen in the dependent claims.
Das Mikrodosiersystem ist geeignet, inkompressible Medien volumetrisch exakt zu dosieren. Damit möglichst genau volumetrisch dosiert werden kann, handelt es sich um ein geschlossenes System, das folgende Mittel aufweist: ein Mittel zum Öffnen und Abschließen des Systems, ein Mittel zur Bestimmung des Volumens des zu dosierenden Mediums und ein geeigneter Auswerfer. Der Auswerfer stößt das Medium aus dem System durch zumindest eine Düse hindurch aus. Das Medium selbst wird während des Ausstoßens beschleunigt. Für die Beschleunigung wirken die Düse und/oder der Auswerfer in Summe so zusammen, dass das zunächst ruhende Medium eine solche Beschleunigung erfährt, dass es exakt positioniert und berührungslos auf die zu benetzende Stelle beschleunigt geschleudert wird. Durch diese impulsartige Dosierung werden Nasen und gezogene Fäden des inkompressiblen Mediums größtenteils vermieden, wenigstens aber deutlich gegenüber den der Anmelderin bekannten Systemen verringert. Da ein Mittel zur Volumenbestimmung des Mediums vorgesehen ist, erfolgt die Dosierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Mikrodosiersystems volumetrisch.The microdosing system is suitable for volumetrically exact metering of incompressible media. In order to be able to dose volumetrically as precisely as possible, it is a closed system which has the following means: a means for opening and closing the system, a means for determining the volume of the medium to be dispensed and a suitable ejector. The ejector ejects the medium from the system through at least one nozzle. The medium itself is accelerated during ejection. For the acceleration, the nozzle and / or the ejector act in total so that the initially stationary medium undergoes such an acceleration that it is precisely positioned and spun without contact to the point to be wetted. By this pulse-like dosage noses and drawn threads of the incompressible medium are largely avoided, but at least significantly reduced compared to the applicant known systems. Since a means for volume determination of the medium is provided, the dosage is carried out volumetrisch using the Mikrodosiersystems invention.
Weiterhin weist das Milcrodosiersystem zumindest ein Mittel zum Fördern des Mediums auf. Dabei kann das Mittel zum Fördern des Mediums daneben noch eine weitere der zuvor genannten Funktionen wahrnehmen. Durch das Vorhandensein eines Mittels zum Fördern des Mediums ist es möglich, annähernd drucklos oder im Niederdruckbereich das Medium dem Auswerfer zur Verfügung zu stellen. Die hohen Drücke, die gewisse viskose Medien in der Regel zersetzen, werden auch nicht annähernd erreicht. Minimale Drücke, z. B. im Bereich von 0,2 bar, können systembedingt vorhanden sein, weil in der Regel eine Förderpumpe in einer Zuleitung für das Mittel zum. Öffnen und Abschließen des Systems vorgesehen ist.Furthermore, the milk metering system has at least one means for conveying the medium. In this case, the means for conveying the medium next to it can also perform another of the aforementioned functions. Due to the presence of a means for conveying the medium, it is possible to provide the medium to the ejector almost without pressure or in the low pressure region. The high pressures, which decompose certain viscous media usually, are not nearly reached. Minimum pressures, z. In the range of 0.2 bar, may be present due to the system, because usually a feed pump in a supply line for the means for. Opening and closing the system is provided.
Der Auswurfvorgang wird zwischen Düse und Auswerfer eingeleitet. Während des Auswurfvorgangs wird das zwischen dem Auswerfer und der Düse befindliche Medium nahezu vollständig, das bedeutet, unbeachtliche Restmengen dürfen nur noch verbleiben, verdrängt. Die Tatsache, dass der Auswurfvorgang auf eine bestimmte, durch das Mittel zum Bestimmen des Volumens definierte Menge zurückgreift, sorgt für die hochgenaue und volumetrische Dosierung. Ein weiterer Vorteil des Mikrodosiersystems ist darin zu sehen, dass die Dosierung auch "über Kopf", d. h. bei umgedrehter Orientierung des Mikrodosiersystems, so dass sich die Oberfläche, auf die das Medium aufgetragen werden soll, oberhalb des Systems befindet, erfolgen kann. Selbst dann wird noch exakt und ohne Klecksbildung dosiert.The ejection process is initiated between the nozzle and the ejector. During the ejection process, the medium located between the ejector and the nozzle is almost completely, that is, insignificant residual quantities may remain only, displaced. The fact that the ejection process relies on a certain amount defined by the means for determining the volume provides for the highly accurate and volumetric dosing. Another advantage of the microdosing system is the fact that the dosage is also "overhead", d. H. with inverted orientation of the microdosing, so that the surface to which the medium is to be applied, is located above the system, can take place. Even then it is dosed exactly and without blobbing.
Durch eine geschickte Gestaltung des Auswerfers durch z. B. eine Kegelform oder eine kegelstumpfförmige Form, die mit der Düsenform abgestimmt ist, wird die Dosierung noch genauer. Auch wird dadurch ein weiterer Beitrag zur Nasen- und Tropffreiheit geleistet. Düse und Auswerfer sind so aufeinander abgestimmt, dass der Auswerfer in einer konischen Bohrung seinen Sitz finden kann und den Raum der Bohrung zumindest im Düsenbereich vollständig ausfüllt. Die beiden Formen sind so aufeinander abgestimmt, dass Inklinationsabweichungen in den Kegeln bzw. konischen Formen unterhalb des µm-Bereichs, d. h. weniger als 1/1000 mm, liegen.By a clever design of the ejector by z. As a cone shape or a frusto-conical shape, which is coordinated with the nozzle shape, the dosage is more accurate. This also makes a further contribution to nasal and drip free. The nozzle and ejector are coordinated so that the ejector can find its seat in a conical bore and completely fills the space of the bore at least in the nozzle area. The two forms are coordinated so that inclination deviations in the cones or conical shapes below the micron range, d. H. less than 1/1000 mm, lie.
Auch trägt eine bevorzugte Gestaltung des Auswerfers, bei der die Spitze des Kegel- bzw. kegelstumpfförmigen Endes des Auswerfers in seiner Ruhelage aus der Ausstoßöffnung der Düse hinausragt, zur Dosiergenauigkeit bei.Also contributes to a preferred design of the ejector, in which the tip of the conical or frusto-conical end of the ejector in its rest position protrudes from the discharge opening of the nozzle to the dosing accuracy.
Mit einem so gestalteten Mikrodosiersystem, insbesondere durch die Gestaltung des Auswerfers und der Düse, kann das inkompressible Medium berührungslos, insbesondere in einem gewissen Abstand zu einer aufnehmenden Oberfläche, auf die das Medium aufgebracht werden soll, zielgerichtet dosiert werden. Eine Berührung der Oberfläche, wie bei Nadelventilen, braucht nicht mehr sichergestellt werden. Durch die berührungslose Dosierung können auch feinstmechanische Bauteile, die unter geringem Druck oder geringem Impuls zerstört werden würden, mit dem Medium versorgt werden.With a Mikrodosiersystem designed in this way, in particular by the design of the ejector and the nozzle, the incompressible medium can be metered in a targeted manner, in particular at a certain distance from a receiving surface to which the medium is to be applied. Touching the surface, as with needle valves, no longer needs to be ensured. Due to the non-contact dosage even the finest mechanical components which would be destroyed under low pressure or low momentum can be supplied with the medium.
Das Mittel zum Öffnen und Abschließen des Systems kann beispielhaft ein Schieber sein. Genauso gut könnte ein geeignetes Sperrventil gewählt werden. Ein Schieber ist jedoch in der Regel mechanisch mit geringerem Aufwand zu gestalten. Der Schieber trennt im geschlossenen Zustand das sich in einem sog. Vorratsraum befindende Medium von dem Medium, das sich in einer Zuleitung zum Mikrodosiersystem befindet. Hierdurch wird ein Beitrag zur Diskontinuierlichkeit geleistet.The means for opening and closing the system may be, for example, a slider. Just as well, a suitable check valve could be selected. However, a slider is usually mechanically designed with less effort. In the closed state, the slide separates the medium, which is located in a so-called storage space, from the medium, which is located in a supply line to the microdosing system. This contributes to discontinuity.
Anstelle eines Stößels können die Mittel zum Bestimmen des Volumens und zum Fördern des Mediums eine Pumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, sein. Aufgrund des großen Wissensstandes über miniaturisierte Zahnradpumpen können solche Pumpen leicht verwendet werden.Instead of a plunger, the means for determining the volume and for conveying the medium may be a pump, in particular a gear pump. Due to the great knowledge about miniaturized gear pumps, such pumps can be easily used.
Eine andere Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Mikrodosiersystems sieht so aus, dass es einen Kolben als Mittel zum Öffnen und Abschließen des Systems bietet, das Mittel zum Fördern und das zur Volumenbestimmung ist ein weiterer Kolben und der Auswerfer ist als dritter Kolben gestaltet. Angetrieben werden können die einzelnen Kolben der Kolbenpumpe durch einen zueinander versetzten mehrfachen Steuerscheibenantrieb, wie z. B. einen Nockenwellenantrieb, der keine, nach den Maßstäben des Einsatzgebietes der Mikrodosiersysteme bestimmten, Durchbiegungen aufweist. Durch die starr mechanische Steuerscheibenanordnung wird eine gute Synchronität für das diskontinuierliche Verfahren angeboten.Another embodiment of a microdosing system according to the invention provides that it provides a piston as a means for opening and closing the system, the means for conveying and the volume determination is another piston and the ejector is designed as a third piston. Can be driven, the individual pistons of the piston pump by a mutually offset multiple control disc drive such. B. a camshaft drive, which has no, determined by the scales of the application of microdosing, deflections. Due to the rigid mechanical control disk arrangement a good synchronicity for the discontinuous process is offered.
Das Mittel zum Bestimmen des Volumens kann einen Kolben umfassen, der quer zu einem Vorratsraum steuerbar ist. Die Fließrichtung des Mediums und die Steuerrichtung des Kolbens stehen nahezu senkrecht aufeinander. In Abhängigkeit von der Steuerpotition des Kolbens wird das Volumen erweitert oder begrenzt. Hierdurch wird die Volumenbestimmung durchgeführt. Der Kolben selber kann aber bevorzugt nicht den Vorratsraum des Mediums vollständig durchtreten. Er erreicht die gegenüberliegende Seite des Vorratsraums nichtThe means for determining the volume may comprise a piston which is controllable transversely to a reservoir. The flow direction of the medium and the control direction of the piston are almost perpendicular to each other. Depending on the control potential of the piston, the volume is expanded or limited. As a result, the volume determination is performed. However, the piston itself preferably can not completely pass through the storage space of the medium. He does not reach the opposite side of the storeroom
Anstelle des kurvengesteuerten Antriebs kann an einzelnen oder an allen Stellen auch ein Piezoelement vorgesehen sein. Anstelle eines mechanischen Antriebs ist so ein elektrischer Antrieb möglich. Wenn das Mikrodosiersystem wenig Platz hat, kann durch den Einsatz von Piezoelementen anstelle einer Nockenwelle Bauraum gewonnen werden. Die Piezoelemente tragen zu einem impulshafteren Bewegungsverhalten bei.Instead of the cam-controlled drive can be provided at individual or at all points, a piezoelectric element. Instead of a mechanical drive so an electric drive is possible. If the Mikrodosiersystem has little space, can be obtained by the use of piezo elements instead of a camshaft space. The piezo elements contribute to a more impulsive movement behavior.
Eine weitere Ausgestaltungsform besteht darin, dass an den Eintrittsstellen der Kolben in ein Gehäuse Dichtungselastomere vorgesehen sind, die bei Beaufschlagung mit einer Kraft für eine einseitige Vorspannung der Kolben sorgen. Vorteilhaft ist es, wenn das Elastomer inkompressibel und fließfähig ist. Somit erfüllt das Elastomer mehrere Aufgaben. Es dichtet auf der einen Seite den Vorratsraum ab, auf der anderen Seite sorgt es für eine definierte Position der. Kolben, wenn diese nicht vorwärts getrieben sind, d. h. das Dichtungselastomer hat Federwirkung. Das geeignete Dichtungselastomer kann auch an anderen Stellen des Systems eingesetzt werden. Eine geeignete Stelle ist z. B. das dem Vorratsraum zugewandte Ende eines Kolbens, der als Mittel zum Abschließen und Öffnen des Systems den Vorratsraum abtrennt. Durch die zahlreichen Positionen der Dichtungselastomere werden geschlossene Systeme erzeugt, so dass das hochviskose Medium nur an einer einzigen Stelle kontrolliert dosiert austreten kann. Eine andere Stelle für das Dichtungselastomer ist die kegelförmige bzw. kegelstumpfförmige Spitze des Auswerfers. Als Mittel zur Volumenbestimmung und zum Fördern des Mediums kann ebenfalls ein Dichtungselastomer vorgesehen sein, der die Eintrittsstelle des Kolbens abdichtet und bei dem die Förder- und Volumenbestimmungstätigkeiten durch Druckeinwirkung auf das Elastomer erfolgt.A further embodiment is that sealing elastomers are provided at the entry points of the piston in a housing, which provide upon application of a force for a one-sided bias of the piston. It is advantageous if the elastomer is incompressible and flowable. Thus, the elastomer performs several tasks. It seals the storeroom on one side, on the other side it ensures a defined position of the. Pistons, if not driven forward, d. H. the sealing elastomer has spring action. The suitable sealing elastomer may also be used at other locations in the system. A suitable place is z. B. the storage space facing the end of a piston which separates the storage space as a means for completing and opening the system. Due to the numerous positions of the sealing elastomers closed systems are generated, so that the highly viscous medium can leak controlled metered only at a single point. Another location for the sealing elastomer is the conical or frusto-conical tip of the ejector. As means for determining the volume and for conveying the medium, it is also possible to provide a sealing elastomer which seals off the point of entry of the piston and in which the conveying and volume-determining activities are carried out by applying pressure to the elastomer.
Das Verständnis für die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erleichtert, wobei
- Fig. 1:
- ein schematisches, verfahrenstechnisches Prinzipbild darstellt,
- Fig. 2:
- eine geeignete Ausführungsform der Blöcke aus Fig. 1 darstellt,
- Fig. 3:
- eine weitere Ausführungsform als integriertes Modell des Prinzipbilds nach Fig. 1 darstellt.
- Fig. 4:
- einen Schnitt entlang der Schnittlinie A4-A4 der Fig. 3 darstellt,
- Fig. 5:
- eine Ablaufsteuerung der einzelnen Kolben einer Ausführungsform eines integrierten Modells nach dem Prinzipbild der Fig. 1 darstellt,
- Fig. 6
- die Funktion des Auswerfers der Fig. 5 in einem schematischen Modell deutlicher darstellt, und
- Fig. 7
- eine weitere Ausführungsform eines Mittels zur Volumenbestimmung und Förderung schematisch zeigt.
- Fig. 1:
- is a schematic, procedural schematic diagram,
- Fig. 2:
- Fig. 1 illustrates a suitable embodiment of the blocks of Fig. 1,
- 3:
- a further embodiment as an integrated model of the schematic diagram of FIG. 1 represents.
- 4:
- 3 is a section along the section line A4-A4 of FIG. 3,
- Fig. 5:
- 1 is a sequence control of the individual pistons of an embodiment of an integrated model according to the schematic diagram of FIG. 1,
- Fig. 6
- 5 clearly illustrates the function of the ejector of FIG. 5 in a schematic model, and
- Fig. 7
- another embodiment of a means for determining volume and promotion shows schematically.
Fig. 1 stellt ein Mikrodosiersystem 1 als schematisches Blockbild mit üblichen verfahrenstechnischen Zeichen dar. Die einzelnen Blöcke sind ein. Mittel zum Öffnen und Abschließen 11 des Systems 1, ein Mittel zur Volumenbestimmung 13 eines Mediums 3, das vorzugsweise ein inkompressibles Medium ist, wie ein Lack, ein Klebstoff oder ein Flussmittel, das in der Elektronikfertigung eingesetzt wird, ein Mittel zur Förderung 15 des Mediums 3 und ein Auswerfer 17 für das Medium 3. Weiterhin können als Medien auch Mittel für die mikromechanische Fertigung verwendet werden, wie zum Beispiel Öle oder Fette und Schmierstoffe. Besonders die bekannt schwierig zu dosierenden hochviskosen Stoffe, wie Fette, lassen sich mit dem Mikrodosiersystem 1 gut fördern und dosieren. Die einzelnen. Mittel 11, 13, 15 und der Auswerfer 17 stehen untereinander kommunikativ in Verbindung, dargestellt durch die Verbindungsleitungen 61, wobei in einigen Ausführungsbeispielen die Verbindungsleitung nicht als gesondertes Element gegeben sein muss; wesentlich ist die Verbindung eines Mittels mit dem anderen. Das Mittel zum Öffnen und Abschließen 11 des Mikrodosiersystems 1 macht aus dem System ein geschlossenes System, das immer nur eine bestimmte Menge des Mediums 3 in das Mikrodosiersystem 1 aus der Zuleitung 33 einfließen lässt. Wahlweise können einzelne Mittel auch mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen, so sind zum Beispiel das Mittel zur Volumenbestimmung 13 und das Mittel zum. Fördern 15 als eine Einheit ausführbar, wenn die Mittel 13, 15 zum Beispiel eine Zahnradpumpe 7 sind.1 shows a microdosing system 1 as a schematic block diagram with conventional process-related characters. The individual blocks are a. Means for opening and Completing 11 of the system 1, a volume determination means 13 of a
Der Auswerfer 17 dosiert zielgenau, insbesondere tropffrei, nasenfrei und fadenfrei das Medium 3 in die gewünschte Richtung, z. B. auf die Oberfläche 4, auf die das Medium aufgebracht werden soll, so wie durch den Tropfen in Fig. 1. dargestellt. Mit den Begriffen "tropffrei", "nasenfrei" und "fadenfrei" ist gemeint, dass im Normalfall nur das durch das Dosiersystem festgelegte Volumen an Medium das System verlässt. Es gelangt Medium nicht unkontrolliert aus dem System. Das Medium 3 kann vollständig drucklos oder mit einem, im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, minimalen Druck von unterhalb 5 bar, vorzugsweise unterhalb von 1 bar oder sogar 0,5 bar, eingeleitet werden. Der Druck rührt in der Regel von den Fördergeräten her, die nicht dargestellt das Medium aus einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) an das Mikrodosiersystem 1 heranführen. Das Mikrodosiersystem 1 benötigt aber keinen eigenen Überdruck, damit die Dosierung funktioniert. In einigen Ausführungsformen, ist das Mikrodosiersystem 1 sogar so gestaltet, dass es ohne jeglichen Überdruck über den dem Medium innewohnenden, als Eigendruck zu bezeichnenden Druck, hinaus auskommt.The
In Fig. 2 ist ein geeignetes Ausführungsbeispiel mit Einzelkomponenten gem. der zu Fig. 1 aufgeführten Mittel 11, 13, 15 und des Auswerfers 17 dargestellt. In der gewählten Ausführungsform des Mikrodosiersystems 1 hat der Auswerfer 17 einen Kolben, als Auswurfskolben 45 bezeichnet. Neben dem Auswurfskolben 45 sind in den jeweiligen Gehäusen 10 der Mittel 11 und 13 und 15, noch ein Verschlusskolben 41 und ein Prozesskolben 43 vorhanden. Der Verschlusskolben 41, der Prozesskolben 43 und der Auswurfskolben 45 bilden zusammen mit den Gehäusen 10 ein Mikrodosiersystem 1, wobei die einzelnen Mittel 11, 13, 15 und der Auswerfer 17 durch die Verbindungsleitungen. 61 so verbunden sind, dass das Medium 3 ohne Aufnahme von Umgebungsluft von einem Mittel 11, 13, 15 zum nächsten Mittel 11, 13, 15 weitergeführt wird. Der Verschlusskolben 41 in dem Gehäuse 10 des Mittels zum Öffnen und Abschließen 11 hat die Funktion eines Schiebers 31, der die Zuleitung 33, die in das Gehäuse 10 hineinführt, in abschließender Weise versperrt und zeitweilig für eine Nachlieferung des Mediums 3 an die übrigen Mittel öffnet. Das Mittel zur Volumenbestimmung 13 ist mit einem Prozesskolben 43 ausgestattet. Dessen Ende 47 ist in einem freien Bereich eines Vorratsraums 35 veränderbar angeordnet. Durch die Weglänge des Kolbenhubs und den Durchmesser des Kolbens 43 wird das zu dosierende Volumen bestimmt. Dabei kann das Mittel zum Bestimmen des Volumens 13 so aufgebaut sein, dass nur durch das in den Vorratsraum 35 des Mittels zur Volumenbestimmung 13 reichende Ende 47 des Kolbens 43 eine Volumenbestimmung stattfindet. Ferner nimmt der Prozesskolben 43 mit dem Gehäuse 10 die Funktion einer Kolbenpumpe wahr. Der Vorratsraum 35 ist im normalen Betrieb, wenn das Mikrodosiersystem 1 nicht trockenlaufen soll, permanent mit dem zu dosierenden Medium 3 vollständig gefüllt, ebenso die Leitungen 61. Der Auswurfskolben 45, der ein wichtiger Teil des Auswerfers 17 ist, stellt mit einem Teil ein Ende 19 des Auswerfers 17 dar, der mit einer Spitze 23 am vorderen Ende 21 des Auswurfskolbens 17 ausgestattet ist. Die Spitze 23 ist wenigstens stückweise passgenau für einen Sitz 27 einer als Düse 25 gestalteten Öffnung 29 geschliffen, lasergeschnitten oder erodiert. Durch die genaue Passung von Sitz 27 und vorderes Ende 21 wird die hochgenaue und fadenfreie Dosierung begünstigt. Die Mittel 11, 13, 15 und der Auswerfer 17 sind in ihren Öffnungsrichtungen veränderlich gestaltet, so dass das Medium 3 in seiner Fließbewegung eine Umlenkung erfährt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel beträgt die Umlenkung der Fließrichtung jeweils 90°.In Fig. 2, a suitable embodiment according to individual components. the listed for Fig. 1 means 11, 13, 15 and the
In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrodosiersystems 100 als Kolbenpumpe 108 dargestellt. Fig. 4 stellt die Kolbenpumpe 108 entlang des Schnitts A4-A4 in Fig. 3 dar. Das Gehäuse 110, das zwar aus einzelnen Komponenten besteht, aber insgesamt für die Kolbenpumpe 108 einstückig montierbar ausgeführt ist, besteht aus einzelnen Blöcken, die mit funktionsbehafteten Öffnungen, Bohrungen. Ausnehmungen und Fräsungen versehen sind. Das Gehäuse 110 besteht schichtweise aus einem Leitungsgehäuse 95, einem Vorratsraumgehäuse 93, einem Kolbenblock 91 und einem Lagergehäuse 97.FIGS. 3 and 4 show an embodiment of a
Das Leitungsgehäuse 95 ist mit. Leitungen und Öffnungen ausgestattet, so zum Beispiel mit der Zuleitung 133 für das zu dosierende Medium, die aufgeweitet in eine Anschlussöffnung 134 mündet. Auf der von der Anschlussöffnung 134 abgewandten Seite ist die Zuleitung 133 mit einem Einsatz 128 begrenzt, durch dessen Zentrum eine Öffnung 126 als Sitz für den Verschlusskolben 141 gegeben ist. Die Anschlussüffnung 134 ist dazu bestimmt, eine Verbindungsleitung, z. B. einen Schlauch, so wie zum Beispiel in Fig. 2 und 1 ausgeführt, flüssigkeitsdicht aufzunehmen. Die Zuleitung 133 hat einen an die zu dosierende Mediumsmenge angepassten Durchmesser, der kleiner ist, als der Durchmesser der Anschlussöffnung 134. Das Leitungsgehäuse 95 zeigt eine weitere Öffnung 129, die insbesondere, wenigstens teilweise, konisch verläuft. Die Öffnung 129 kann durch Bohren, auch Laserbohren, oder Honen hergestellt sein. Die Öffnung 129 bietet einen Sitz 127 für ein Ende 119 des Auswerfers 117, der an seinem Ende 119 mit einer Spitze 123 ausgestattet ist. Im Leitungsgehäuse 95 ist im Bereich des Endes 119 des Auswerfers 117 ein Auswutfsreservoir 130 ausgebildet, in welches das Medium gefördert und von dem es ausgestoßen wird. Das Vorratsraumgehäuse 93 ist mit einer Ausnehmung ausgestattet, die als Vorratsraum 135 fungiert. Er weist eine erste Seite 137 und eine zweite Seite 139 auf. Weiterhin ist das Vorratsraumgchäusc 93 durchstoßen. Die durchstoßenen Stellen sind die Eintrittsöffnungen 159 für die Kolben 141, 143 und 145, wobei die Kolben in den Vorratsraum 135 entweder hinein- oder sogar hindurchragen.The
Der Kolbenblock 91 umfasst ebenfalls Ausnehmungen in Bereichen der Kolben 141, 143, 145. Die Kolben 141, 143, 145 sind in Führungshülsen 175 geführte Längsstößel, die über Übertrager 177, im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 Kugellager 179 und Kipphebel 181. von Steuerscheibenantrieben 151, die alle auf einem Nockenwellenantrieb 153'sttzen, bewegt werden. Die Kolben 141, 143, 145 durchstoßen Dichtungselastomere 157 und deren Anschläge 189 ungefähr mittig. Die Dichtungselastomere 157 decken die Eintrittsstellen 159 der Kolben ab. Die Dichtungselastomere 157 verhindern, dass über die Eintrittsstellen 159 Medium aus dem Vorratsraum 135 entweichen kann.The
Die entsprechenden Kolben 141, 143, 1.45 bilden zusammen mit ihren entsprechenden Gegenstücken, wie zum Beispiel der Düse (in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt; vgl. hierzu Fig. 2 Bezugszeichen 25) und der Öffnung 129 bzw. der Eintrittsstelle 159 und der entsprechenden Länge des Kolbens 143 bzw, durch die zulaufende Form des Kolbens 141 mit dem entsprechenden Einsatz 128 zur Aufnahme der zulaufenden Spitze des Kolbens, einen Auswerfer 117, ein Mittel zum. Fördern 115, ein Mittel zur Volumenbestimmung 113 und ein Mittel zum Öffnen und Abschließen 111 des Mikrodosiersystems 100. Die Kolben 141, 143, 145 werden über die Übertrager 177 bewegt.The corresponding pistons 141, 143, 1.45, together with their corresponding counterparts, such as the nozzle (not shown in Figures 3 and 4, see reference 2, 25) and the orifice 129 and
Diese Übertrager sitzen in Ausnehmungen des Kolbenblocks 91, der auf der Seite geschaffen ist, die der Vorratsraumseite abgewandt ist. Für jeden Kolben 141, 143, 145 gibt es einen Übertrager 177, der individuell gestaltet geringe Abweichungen zu den übrigen Übertragern 177 ausweisen kann. Die Übertrager werden durch die Steuerscheibenantriebe 151, die auf einem Nockenwellenantrieb 153 sitzen, jeweils angesteuert, wobei auch mehrere Nocken pro vollständige Umdrehung gegeben sein können. Der Nockenwellenantrieb 153 ist kugelgelagert in wenigstens zwei distal beabstandeten, am Ende des Nockenwellenantriebs befindlichen Kugellagern 163. Der Nockenwellenantrieb 153 wird von einer Antriebswelle 165 angetrieben, die über ein Kegelradgetriebe 167 mit wirkverbundenen erstem Kegelrad 169 und zweitem Kegelrad 171 kraft- und drehzahlgetrieben angetrieben wird. Das Kegelradgetriebe wird auf der Welle mit dem Klemmring 173 gesichert.These transformers sit in recesses of the
In der Fig. 5 ist in schematischer Form detaillierter der Bewegungsablauf (A → F) der einzelnen Kolben 241, 243, 245 des erfindungsgemäßen Mikrodosiersystems, ausgeführt als Kolbenpumpe 208, dargestellt. Zunächst ist das Medium 3 in der Zuleitung 233 vorhanden. Wie in Fig. 5A dargestellt, verschließt der Auswurfskolben 245 durch ein Anliegen in seinem Sitz 227 die Öffnung 229. Der Verschlusskolben 241 ist soweit von der Öffnung der Zuleitung zurückgezogen, dass das Medium 3 in den Vorratsraum 235 einströmen kann, wobei der Prozesskolben 243 in einer Position innerhalb des Vorratsraums 235 liegt; eine Position, die als geschlossen bezeichnet wird. In einem in Fig. 5B als nächsten Schritt dargestellten Zustand wird der Prozesskolben 243 geöffnet (Pfeil). In der dargestellten Ausführung wird er teilweise aus dem Vorratsraum 235 durch ein Zurückbewegen herausgebracht. Das Medium 3 kann weiter in den Vorratsraum 235 einströmen. Das Zurückziehen des Prozesskolbens 243 erfolgt in Richtung zur ersten Seite 237 des Vorratsraums 235, weg von der zweiten Seite 239 des Vorratsraums 235. Durch diese Zurückbewegung wird ein gewisser Unterdruck in dem Vorratsraum 235 erzeugt, der durch das Medium 3 aufgefüllt wird. In Abhängigkeit von dem Hub und dem Durchmesser des Kolbens 243 wird das geförderte Volumen bestimmt. Danach, Fig. 5C, verharrt der Prozesskolben 243 zunächst in seiner zurückgezogenen Position, während der Verschlusskolben 241, der als Mittel zum Öffnen und Abschließen des Mikrodostsrsystems arbeitet, die Zuleitung 233 versperrt (Pfeil). Somit ist ein abgeschlossenes, verschlossenes System mit einer genau dosierten Menge gebildet worden. Wie in Fig. 5D dargestellt öffnet als nächstes der Auswurfskolben 245 (Pfeil), indem er von seinem Sitz 227 abgehoben und zurückgezogen wird, wobei etwas Außenluft angezogen wird. Im nächsten Schritt, Fig. 5E, fährt der Prozesskolben 243 in den Vorratsraum 235 ein und auf die zweite Seite 239 des Vorratsraums 235 zu (Pfeil). Er wird abgesenkt, während der Auswerfer bzw. der Auswurfskolben 245 weiter geöffnet bleibt. Hierdurch gelangt das Medium 3 in das Auswurfsreservoir 230 und vor den Auswurfskolben 245. In einem letzten Schritt, so wie in Fig. 5F dargestellt, senkt sich der Auswurfskolben 245 ab (Pfeil). Durch die Abbewegung des Auswurfskolbens 245 wird das Medium 3 ausgestoßen und es wird die Düse 225, durch die das Medium beim Auswurfsvorgang ausgestoßen wurde, verschlossen. Danach beginnt ein neuer Dosiervorgang, mit dem ersten Schritt, so wie in Fig. 5A dargestellt. Ein solcher Bewegungsablauf kann mehrere zehn Male pro Sekunde durchlaufen werden. Hierzu ist die Steuerung der Kolben 241, 243, 245 höchst präzise auszulegen. Geeignet sind Steuerungen mit Nockenwullenantrieben und auch Piezoelementantriebe.In FIG. 5, the sequence of movements (A → F) of the
Erfindungsgemäß sind Düse 225 und/oder Auswerfer, hier der Auswurfskolben 245, so gestaltet, dass das Medium 3 beim Ausstoß eine Beschleunigung erfährt Die Besonderheit in dem Auswurfskolben 245 und seiner Spitze 223 ist näher in Fig. 6 dargestellt, wobei. Fig. 6A den Auswurfskolben 245 im geöffneten Zustand und Fig. 6B im geschlossenen Zustand zeigen. In den obere Kreisen I und II ist das Ende 219 jeweils vergrößert dargestellt, wie in der zugehörigen Darstellung unten eingetragen. In der zurückgezogenen Position des Auswurfskolbens 245 kann das Medium 3 an der Spitze 223 des Auswurfskolben 245 vorbeiströmend in das Auswurfsreservoir 230 und damit vor die Öffnung 229 gelangen.According to the invention, the
Wie insbesondere in Fig. 6B zu sehen ist, hat die Spitze 223 in ihrer Ruhestellung, wenn sie auf dem Sitz 227 liegt, eine formschlüssige und vollständig dichtende Berührung mit dem die Öffnung 229 bildenden Teil des Gehäuses 210. Hierfür sind Form und Oberflächen des vorderen Endes 221 des Auswerfers und der Düse 225 passgenau aufeinander abgestimmt. Die Dichtlänge im Sitz 227 zwischen der Spitze 223 des Auswurfskolbens 245 und der Düse 225 ist ausreichend lang, um kein Medium austreten zu lassen. Durch die passgenaue Gestaltung und die besondere Form wird nicht nur eine gute Dichtung erzielt, sondern das Medium erfährt beim Ausstoßvorgang eine Beschleunigung, zusätzlich zu der Beschleunigung, die es durch die Abwärtsbewegung des Auswurfskolbens 245 erfährt. Insbesondere beim Dosieren von hochviskosen Schmierstoffen erfährt das Medium in der bevorzugten Ausführungsform eine so starke Beschleunigung, dass es hochgenau und in einen Tropfen konzentriert aus dem Mikrodosiersystem ausgestoßen wird.As can be seen in particular in Fig. 6B, the
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spitze 223 des Auswurfskolbens 245 aus einem Elastomennaterial gefertigt ist. Hierdurch werden eine besonders gute Anschmiegung und Passung der Spitze 223 an den Sitz 227 erreicht.In an alternative embodiment, it is provided that the
Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Auswerfer, hier der Auswurfskolben 245, so gestaltet ist, dass die Spitze 223 die Öffnung 229 der Düse 225 überragt, wenn der Auswerfer in seiner verschlossenen, auch als Ruhestellung bezeichneten Stellung, in dem Sitz 227 ruht. Das Hinausragen der Spitze 223 des Auswurfskolbens 245 über die Fläche 240 des Mikrodosiersystems, die der Oberfläche, auf die das Medium aufgebracht werden soll, zugewandt ist, trägt noch weiter zu einer saubereren Dosierung bei.A further preferred embodiment provides that the ejector, here the
Fig. 7 zeigt schematisch ein Mittel zur Volumenbestimmung und ein Mittel zum Fördern, die in einem Prozesskolben 343 realisiert worden sind. Nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein Elastomer 309 vorgesehen, das die Öffnung 359 des Vorratsraums 335 vollständig dichtend abdeckt- Das Elastomer 309 ist inkompressibel und fließfähig, so dass der Stößel 349 des Kolbens von dem Vorratsraum abgetrennt ist. Das Elastomer 309 wird durch Krafteinwirkung (Pfeil 320) von der dem Ende 347 des Prozesskolbens 343 gegenüberliegenden Seite, in der Darstellung der Fig. 7B von oben, verdrängt. Diese Verdrängung ist in Fig. 7B schematisch dargestellt. Durch die Verdrängung des Elastomers 309 wird die Öffnung 359 und damit das Volumen des Vorratsraums 335 verkleinert. Das Medium wird hierdurch in Richtung zum Auswerfer (nicht dargestellt) gefördert. Diese Förderbewegung ist durch den Pfeil 350 in der Darstellung der Fig. 7 angedeutet, der sich in Fig. 7B im Vergleich zu der Fig. 7A etwas in Richtung zum Auswerfer, in der Darstellung nach links, bewegt hat. Durch Be- und Entlastung des Elastomers 309 wird eine Pump-Saug-Wirkung erzeugt, die eine Förderung des Mediums bewirkt. Gleichzeitig ist eine Volumenbestimmung zum einen über die Dimensionierung von Elastomer 309 und Öffnung 359 und zum anderen über den Grad der Verdrängung des Elastomers 309 möglich.FIG. 7 schematically shows a means for volume determination and a means for conveying, which have been realized in a
In einer abgewandelten Ausführung, die nicht dargestellt ist, kann der Prozesskolben auch gänzlich aus dem Elastomermaterial realisiert sein. Auch dann kann mithilfe von entsprechender Krafteinwirkung eine Förderfunktion und durch die entsprechende Dimensionierung und die Stärke der Krafteinwirkung eine Volumenbestimmung erfolgen.In a modified embodiment, which is not shown, the process piston can also be realized entirely from the elastomer material. Even then, by means of appropriate force, a promotion function and by the appropriate dimensioning and the strength of the force volume determination.
Es sind unterschiedliche Antriebsmechanismen für ein erfindungsgemäßes Mikrodosiersystem vorgestellt worden. In geeigneten Fällen kann auch eine Kombination der unterschiedlichen Antriebssysteme gewählt werden. So kann jeder einzelne Kolben, auch gesondert von den übrigen Kolben des Systems, mittels Piezoantrieb oder durch einen Pneumatikzylinder oder durch einen Nockenwellenantrieb betrieben werden. In der Praxis hat sich insbesondere der Kurvenscheibenantrieb als besonders schnell und zuverlässig erwiesen. Auch ist es vorstellbar, einen Kolben durch ein gleichwirkendes Mittel, wie z. B. eine Zahnradpumpe, zu ersetzen. Hier käme insbesondere in Frage, den mittleren, den Prozesskolben, durch eine Zahnradpumpe auszutauschen.Different drive mechanisms for a microdosing system according to the invention have been presented. In suitable cases, a combination of the different drive systems can be selected. Thus, each individual piston, also separate from the other pistons of the system, by means of piezo drive or by a pneumatic cylinder or by a camshaft drive can be operated. In practice, in particular the cam drive has proven to be particularly fast and reliable. It is also conceivable to use a piston by an equivalent means such. As a gear pump to replace. In particular, it would be possible here to exchange the middle, the process piston, with a gear pump.
Das Mikrodosiersystem zeichnet sich durch eine hochgenaue Dosierung von Mikromengen bei sehr hohen Zyklenzahlen ohne Tropfenbildung aus, wobei Versuche gezeigt haben, dass weit mehr als drei Milliarden Schaltzyklen, so wie sie in der Fig. 5 dargestellt sind, durchfahren werden können, ohne dass das Mikrodosiersystem eine verschlechterte Dosierung zeigt, geschweige denn funktionsuntüchtig wird.The microdosing system is characterized by a highly accurate dosage of micro quantities at very high numbers of cycles without droplet formation, and experiments have shown that far more than three billion switching cycles, as shown in FIG. 5, can be passed through without the microdosing system shows a deteriorated dosage, let alone dysfunctional.
- Mikrodosiersystemmicro-dosing system
- 1, 1001, 100
- Mediummedium
- 33
- Oberflächesurface
- 44
- Zahnradpumpegear pump
- 77
- Gehäusecasing
- 10, 110, 21010, 110, 210
- Mittel zum Öffnen und AbschließenMeans for opening and closing
- 11, 11111, 111
- Mittel zur VolumenbestimmungMeans for determining volume
- 13, 11313, 113
- Mittel zum FördernMeans for conveying
- 15, 11515, 115
- Auswerferejector
- 17,11717,117
- Ende des AuswerfersEnd of the ejector
- 19, 119, 21919, 119, 219
- vorderes Ende des Auswerfersfront end of the ejector
- 21, 22121, 221
- Spitzetop
- 23, 123, 22323, 123, 223
- Düsejet
- 25, 22525, 225
- SitzSeat
- 27, 127, 22727, 127, 227
- Öffnung, insbesondere konische ÖffnungOpening, in particular conical opening
- 29, 129, 22929, 129, 229
- Schieberpusher
- 3131
- Zuleitungsupply
- 33, 113, 23333, 113, 233
- Vorratsraumpantry
- 35, 135, 235, 33535, 135, 235, 335
- Verschlusskolbenclosure piston
- 41, 141, 24141, 141, 241
- Prozesskolbenprocess pistons
- 43, 143, 243, 34343, 143, 243, 343
- Auswurfskolbenejection piston
- 45, 145, 24545, 145, 245
- Ende des ProzesskolbensEnd of the process piston
- 47, 34747, 347
- Verbindungsleitungconnecting line
- 6161
- Kolbenblockpiston block
- 9191
- VorratsraumgehäusePantry housing
- 9393
- Leitungsgehäuseline housing
- 9595
- Lagergehäusebearing housing
- 9797
- Kolbenpumpepiston pump
- 108, 208108, 208
- Öffnungopening
- 126126
- Einsatzcommitment
- 128128
- Auswurfsreservoirspitting reservoir
- 130, 230130, 230
- Anschlussöffnungport opening
- 134134
- erste Seite des Vorratsraumsfirst side of the pantry
- 137, 237137, 237
- zweite Seite des Vorratsraumssecond side of the pantry
- 139, 239139, 239
- SteuerscheibenantriebControl disk drive
- 151151
- Nockenwellenantriebcamshaft drive
- 153153
- Dichtungselastomersealing elastomer
- 157157
- Eintrittsstelleentry point
- 159159
- Kugellagerball-bearing
- 163163
- Antriebswelledrive shaft
- 165165
- Kegelradgetriebebevel gear
- 167167
- erstes Kegelradfirst bevel gear
- 169169
- zweites Kegelradsecond bevel gear
- 171171
- Klemmringclamping ring
- 173173
- Führungshülseguide sleeve
- 175175
- Übertragerexchangers
- 177177
- Kugellagerball-bearing
- 179179
- Kipphebelrocker arm
- 181181
- Anschlagattack
- 189189
- Flächearea
- 240240
- Elastomerelastomer
- 309309
- Pfeilarrow
- 320320
- Stößeltappet
- 349349
- Pfeilarrow
- 350350
- Öffnungopening
- 359359
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP05018338A EP1757807A1 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Micrometering system |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP05018338A EP1757807A1 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Micrometering system |
Publications (1)
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EP1757807A1 true EP1757807A1 (en) | 2007-02-28 |
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Family Applications (1)
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EP05018338A Withdrawn EP1757807A1 (en) | 2005-08-24 | 2005-08-24 | Micrometering system |
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