WO2003029641A2 - Vorrichtung zur ventilbetätigung und zum stellen des ventilhubs - Google Patents

Vorrichtung zur ventilbetätigung und zum stellen des ventilhubs Download PDF

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    • B05B1/3046—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a lift valve the valve element, e.g. a needle, co-operating with a valve seat located downstream of the valve element and its actuating means, generally in the proximity of the outlet orifice
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0225—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work characterised by flow controlling means, e.g. valves, located proximate the outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid

Definitions

  • the invention relates to a device for valve actuation and for setting the valve lift.
  • the valve has a valve housing and a valve body displaceable therein, and the device for setting the stroke has a pneumatically or hydraulically controllable actuating device for displacing the valve body.
  • Pneumatically or hydraulically controllable actuating devices for devices for adjusting the valve lift are known from DE-U 297 21 244, DE-U 86 07 137, DE-C 25 46 393,
  • valve body is in each case connected to a movable separating element which is arranged between two pressure chambers which are separate from one another and which changes its position as a function of the pressure conditions prevailing in the two chambers.
  • One pressure chamber can also be replaced by a spring element which acts on one side of the separating element.
  • a metering valve is known in which the valve body is closed by spring force and opened by the elongation of a pressure-biased piezo actuator.
  • valve drives or actuators also operate pneumatically against a spring, but have only two stable states, namely "OPEN” and "CLOSE".
  • the control pressure only has to be sufficiently large or sufficiently small to bring the valve into the appropriate state (OPEN or CLOSE).
  • the valve stroke is determined by a fixed or adjustable stop.
  • the invention is based on the object of creating a particularly light, compact and small-sized device for setting the valve lift.
  • the actuating device has two end pieces and a hose body extending between the end pieces, the interior of which can be acted upon by the pressure medium, one of the end pieces being connected to the valve body and a strand structure coaxial to the hose body being fastened to the two end pieces and containing two cross-arranged strand groups , wherein each strand group contains a plurality of flexible flexible strands running with the same longitudinal orientation.
  • the intersecting strand groups can run side by side or be intertwined.
  • actuating device constructed in this way is known from DE-U 299 06 627.
  • the volume of the hose body increases by expanding radially. At the same time, it shortens axially, i.e. the distance between the two end pieces decreases.
  • Such actuators are also referred to as "muscle”. They are used as actuators in robots and manipulators. Suitable are e.g. the brands Fluidic-Muscle MAS-10, -20 and -40 from FESTO AG & Co, 73726 Esslingen, Germany.
  • the valve can be a metering valve for dispensing a " liquid product.
  • the movement of the valve body controls the free cross section of an outlet opening for the liquid.
  • the valve body can be connected to a membrane that extends transversely to the direction of movement of the valve body and pushes the valve body into the closed or open position of the valve.
  • the valve body can also are held in the closed or open position by spring force.
  • a spring is preferably provided as a helical compression spring which surrounds the hose body at a radial distance.
  • a coil spring that engages axially to the "muscle" on the other side of the diaphragm can hold the valve closed or open.
  • the characteristic curve of the tensile force generated by the actuating device runs approximately linearly as a function of the fluid pressure introduced, so that the following applies:
  • control pressure can therefore be used to set the stroke of the valve body and thus, for example, the degree of valve opening without any further aids.
  • the valve lift is determined solely by the size of the control pressure.
  • the dynamic course of the lifting movement of the valve can also be controlled by the time course of the control pressure.
  • valve actuation device is particularly suitable for metering valves with nozzles for applying sealants and adhesives to workpieces, the metering valves corresponding to the path of the desired order via the
  • the shape of the caterpillar application can be influenced by the valve actuation device according to the invention.
  • the caterpillar application can take place uniformly strong, in different sections, continuously or locally in the strength (quantity) varies. These variations of the caterpillar application can be achieved with the aid of the valve actuation device according to the invention without changing the propulsion of the nozzle.
  • thixotropic adhesives e.g. achieve a particularly even application by opening the metering valve further at the beginning and then reducing the flow opening.
  • Fig. 1 partially in section a valve with the actuator
  • the valve 10 shown in the drawing has a valve housing 11 in which a valve body 12 is slidably arranged.
  • the valve body 12 can be moved against a valve seat 13 so that the valve is closed.
  • the valve can be opened by lifting the valve body 12 off the valve seat 13.
  • the valve serves to control the throughput of a product which is fed in via a product inlet 14 arranged laterally on the valve housing 11 and is discharged via a product outlet in the form of a dispensing nozzle 15. On the way from the product inlet 14 to the dispensing nozzle 15, the product flows through the valve seat 13.
  • An actuating device 20 is arranged in a tubular extension 18 at the end of the valve housing 11 opposite the dispensing nozzle 15.
  • the actuator 20 consists of a tubular body 22, the two ends of which are fixed in a front and a rear annular end piece 24, 26.
  • the front end piece 24 is connected to the valve body 12.
  • the rear end of the valve body 12 protrudes into the neck 18 of the valve housing's 11 in and is guided axially therein.
  • the valve housing 11 is divided by a transversely extending membrane 16 in a fluid-tight manner.
  • the valve body 12 and the membrane 16 preferably form an element made of elastic material. Or the valve body 12 penetrates the membrane 16 and is attached to it. The membrane 16 holds the valve body 12 in the closed position of the valve 10 in the idle state.
  • the rear end piece 26 of the actuating device is fastened to the closed, rear end 30 of the extension 18 via a pipe piece 28.
  • the pipe section 28 projects from the rear end of the extension 18 to the outside and to it a fluid hose, not shown, is connected, via which the inside of the hose body 22 can be pressurized.
  • the hose body 22 has an inner diameter of> 3 mm and a length of> 30 mm. It consists of a strand structure separated by elastomer intermediate layers in two layers that cross each other.

Abstract

Die Vorrichtung zur Ventilbetätigung und zum Stellen des Hubs eines Ventils (10) weist eine Betätigungseinrichtung (20) zum Verschieben des Ventilkörpers (12) auf, die durch ein pneumatisches oder hydraulisches Druckmedium steuerbar ist. Zwischen den beiden Endstücken (24, 26) der Betätigungseinrichtung (20) erstreckt sich ein Schlauchkörper (22), dessen Innenraum durch das Druckmedium beaufschlagbar ist, wobei eines der Endstücke (24) mit dem Ventilkörper (12) verbunden ist und an den beiden Endstücken (24, 26) eine zum Schlauchkörper (22) koaxiale Strangstruktur befestigt ist, die zwei sich überkreuzende Stranggruppen aufweist, die jeweils mit gleicher Längsorientierung verlaufende Stränge enthalten. Eine das Ventilgehäuse (11) quer überspannende Membran (16) ist mit dem Ventilkörper verbunden ist und zieht bei Auslenkung den Ventilkörper elastisch zurück. Allein durch die Grösse des Steuerdrucks kann der Ventilhub exakt automatisch bestimmt werden.

Description

Vorrichtung zur Ventilbetätigung und zum Stellen des
Ventilhubs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ventilbetätigung und zum Stellen des Ventilhubs. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse und einen darin verschiebbaren Ventilkörper auf und die Vorrichtung zum Stellen des Hubs weist eine pneumatisch oder hydraulisch steuerbare Betätigungseinrichtung zum Verschieben des Ventilkδrpers auf.
Pneumatisch oder hydraulisch steuerbare Betätigungseinrichtungen bei Vorrichtungen zum Einstellen des Ventilhubs sind aus DE-U 297 21 244, DE-U 86 07 137, DE-C 25 46 393,
DE-A 43 20 937, DE-C 198 30 084 und DE-A 199 32 743 bekannt. Der Ventilkörper ist dabei jeweils mit einem beweglichen Trennelement verbunden, das zwischen zwei voneinander getrennten Druckkammern angeordnet ist und seine Lage in Abhängigkeit von den in den beiden Kammern herrschenden Druckverhältnissen ändert . Die eine Druckkammer kann auch durch ein Federelement ersetzt sein, das die eine Seite des Trennelements beaufschlagt .
Aus DE-C 199 40 055 ist ein Dosierventil bekannt, bei dem der Ventilkörper durch Federkraft geschlossen und durch die Elon- gation eines druckvorgespannten Piezoaktors geöffnet wird.
Die bekannten Ventilantriebe oder -betätigungseinrichtungen arbeiten pneumatisch ebenfalls gegen eine Feder, haben aber nur zwei stabile Zustände, nämlich "AUF" und "ZU". Der Steuerdruck muss nur hinreichend groß oder hinreichend klein sein, um das Ventil in den entsprechenden Zustand zu bringen (AUF bzw. ZU) . Der Ventilhub wird durch einen festen oder einstellbaren Anschlag bestimmt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine besonders leichte, kompakte und klein bauende Vorrichtung zum Stellen des Ventilhubs zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dasg. die Betätigungseinrichtung zwei Endstücke und einen sich zwischen den Endstücken erstreckenden Schlauchkörper aufweist, dessen Innenraum durch das Druckmedium beaufschlagbar ist, wobei eines der Endstücke mit dem Ventilkörper verbunden ist und an den beiden Endstücken eine zum Schlauchkörper koaxiale Strangstruktur befestigt ist, die zwei überkreuz angeordnete Stranggruppen enthält, wobei jede Stranggruppe eine Vielzahl mit gleicher Längsorientierung verlaufender biegeflexibler Stränge enthält .
Die sich überkreuzenden Stranggruppen können nebeneinander verlaufen oder miteinander verflochten sein.
Eine in dieser Weise aufgebaute Betätigungseinrichtung ist aus DE-U 299 06 627 bekannt. Bei Druckbeaufschlagung vergrößert sich das Volumen des Schlauchkörpers, indem er sich radial aufweitet. Gleichzeitig verkürzt er sich dadurch axial, d.h. der Abstand der beiden Endstücke verkleinert sich. Derartige Betätigungseinrichtungen werden auch als "Muskel" bezeichnet. Sie werden als Aktuatoren bei Robotern und Manipulatoren eingesetzt. Geeignet sind z.B. die Fabrikate Fluidic-Muscle MAS-10, -20 und -40 der Firma FESTO AG & Co, 73726 Esslingen, Deutschland.
Bei dem Ventil kann es sich um ein Dosierventil zur Ausgabe eines "flüssigen Produktes handeln. Durch die Bewegung des Ventilkörpers wird der freie Querschnitt einer Auslassöffnung für die Flüssigkeit gesteuert. Der Ventilkörper kann mit einer Membran verbunden sein, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers erstreckt und den Ventilkörper in die geschlossene oder offene Stellung des Ventils drückt. Statt der Membran oder zusätzlich zu ihr kann der Ventilkörper auch durch Federkraft in der geschlossenen oder offenen Stellung gehalten werden. Eine solche Feder ist vorzugsweise als Schraubendruckfeder vorgesehen, die den Schlauchkδrper mit radialem Abstand umgibt. Alternativ kann eine Schraubenzugfeder, die axial zum "Muskel" auf der anderen Seite der Membran angreift, das Ventil geschlossen oder offen halten.
Wird der "Muskel" mit Steuerdruck beaufschlagt, öffnet bzw. schließt das Ventil bis zum Kräftegleichgewicht.
Die Kennlinie der von der Betätigungseinrichtung erzeugten Zugkraft verläuft annähernd linear in Abhängigkeit vom eingebrachten Fluid-Druck, so dass gilt:
F = Fl - P mit :
F = Gesamtkraft Fl = von der Membran oder/und Federelement erzeugte Kraft und P = von der Betätigungseinrichtung (Muskel) erzeugte Zugkraft .
Da diese Kennlinie eine negative Steigung aufweist, stellt sich selbstregelnd ein bestimmter Hub ein. Mit dem Fluid-Druck (Steuerdruck) kann deshalb ohne weitere Hilfsmittel der Hub des Ventilkörpers und damit beispielsweise der Ventilöffnungs- grad eingestellt werden. Allein durch die Größe des Steuerdrucks wird der Ventilhub bestimmt. Durch den zeitlichen Verlauf des Steuerdrucks kann auch der dynamische Verlauf der Hubbewegung des Ventils gesteuert werden.
Die erfindungsgemäße Ventilbetätigungseinrichtung eignet sich insbesondere für Dosierventile mit Düsen zum Auftragen von Dicht- und Klebstoffen auf Werkstücke, wobei die Dosierventile entsprechend der Bahn des gewünschten Auftrags über das
Werkstück bewegt werden. Soll zum Beispiel mittels der Düse ein Klebstoff in Form einer Raupe auf ein Werkstück aufge- bracht werden, so kann durch die erfindungsgemäße Ventilbetätigungseinrichtung die Form des Raupenauftrags beeinflusst werden. Der Raupenauftrag, kann gleichmäßig stark, in Abschnitten unterschiedlich, kontinuierlich oder örtlich in der Stärke (Menge) veränderlich erfolgen. Diese Variationen des Raupenauftrags können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ventilbetätigungseinrichtung erreicht werden, ohne den Vortrieb der Düse zu verändern.
Bei thixotropen Klebstoffen lässt sich z.B. ein besonders gleichmäßiger Auftrag dadurch erzielen, dass zu Beginn das Dosierventil weiter geöffnet wird und danach die Durchflussöffnung verringert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 teilweise im Schnitt ein Ventil mit der Betätigungseinrichtung und
Fig. 2 im Schnitt das Ventil.
Das in der Zeichnung dargestellte Ventil 10 weist ein Ventilgehäuse 11 auf, in dem ein Ventilkörper 12 verschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkörper 12 kann gegen einen Ventilsitz 13 bewegt werden, so dass das Ventil geschlossen ist. Durch Abheben des Ventilkörpers 12 von dem Ventilsitz 13 kann das Ventil geöffnet werden. Das Ventil dient zur Steuerung des Durchsatzes eines Produkts, das über einen seitlich an dem Ventilgehäuse 11 angeordneten Produkteinlass 14 zugeführt wird und über einen Produktauslass in Form einer Ausgabedüse 15 ausgegeben wird. Auf dem Weg vom Produkteinlass 14 zur Ausgabedüse 15 strömt das Produkt durch den Ventilsitz 13.
An dem der Ausgabedüse 15 entgegengesetzten Ende des Ventilgehäuses 11 ist in einem rohrförmigen Ansatz 18 eine Betätigungseinrichtung 20 angeordnet. Die Betätigungseinrichtung 20 besteht aus einem Schlauchkörper 22, dessen beide Enden in einem vorderen und einem hinteren ringförmigen Endstück 24, 26 fixiert sind.
Das vordere Endstück 24 ist mit dem Ventilkörper 12 verbunden. Das hintere Ende des Ventilkörpers 12 ragt in den Ansatz 18 des Ventilgehäuse's 11 hinein und ist darin axial geführt. Vor dem Ansatz 18 ist das Ventilgehäuse 11 durch eine sich quer erstreckende Membran 16 fluiddicht unterteilt. Der Ventilkör- per 12 und die Membran 16 bilden vorzugsweise ein Element aus elastischem Material. Oder der Ventilkörper 12 durchdringt die Membran 16 und ist an ihr befestigt. Die Membran 16 hält den Ventilkörper 12 im Ruhezustand in der geschlossenen Stellung des Ventils 10.
Das hintere Endstück 26 der Betätigungseinrichtung ist über ein Rohrstück 28 am geschlossenen, hinteren Ende 30 des Ansatzes 18 befestigt. Das Rohrstück 28 steht vom hinteren Ende des Ansatzes 18 nach außen vor und an ihm ist ein nicht dargestellter Fluidschlauch angeschlossen, über den das Innere des Schlauchkδrpers 22 mit Druck beaufschlagt werden kann. Im Ansatz 18 kann in radialem Abstand von der Betätigungseinrichtung 20 eine Schraubendruckfeder 19 angeordnet sein, die sich am geschlossenen Ende 30 des Ansatzes 18 und am Ventil - körpers 12 abstützt.
Der Schlauchkörper 22 hat einen Innendurchmesser von > 3 mm und eine Länge von > 30 mm. Er besteht aus einer durch Elastomer-Zwischenlagen getrennten Strangstruktur in zwei Lagen, die sich gegenseitig überkreuzen.
Wird über das Rohrstück 28 der Schlauchkörper 22 mit Druck beaufschlagt, so dehnt er sich radial aus und verkürzt sich dabei axial. Mit einer sich druckabhängig einstellenden Kraft wird das vordere Endstück 24 und der daran gekoppelte Ventil- körper 12 zum geschlossenen Ende 30 des Ansatzes 18 des Ventilgehäuses 11 gezogen. Dabei müssen die Gegenkräfte der Membran 16 und der Schraubendruckfeder 19 überwunden werden. Die Gleichgewichtsstellung, d.h. die von dem Ventilkörper 12 eingenommene Position, hängt dabei weitgehend linear von dem aufgebrachten Fluid-Druck ab. Mit der Bewegung des Ventilkδr- pers 12 kann sich das Ventil 10 öffnen oder schließen. Die jeweils entgegengesetzte Ventilfunktion übernehmen bei Druckabfall im Schlauchkörper 22 die Membran 16 und die Schraubendruckfeder 19 als Rückstellelemente. Durch die Höhe des aufgebrachten Fluid-Drucks kann daher mit einfachen Mitteln und dennoch präzise der Hub des Ventilkörpers 12 eingestellt werden.
Bezugszeichenliste
Ventil Ventilgehäuse Ventilkörper Ventilsitz Produkteinlass Ausgabedüse Membran rohrformiger Ansatz Schraubendruckfeder Betätigungseinrichtung Schlauchkörper ringförmige Endstücke Rohrstück geschlossenes Ende

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ventilbetätigung und zum Stellen des Hubs eines Ventils (10) , das ein Ventilgehäuse (11) und einen darin verschiebbaren Ventilkörper (12) aufweist, wobei die Vorrichtung eine Betätigungseinrichtung (20) zum Verschieben des Ventilkörpers (12) aufweist, die durch ein pneumatisches oder hydraulisches Druckmedium steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) zwei Endstücke (24, 26) und einen sich zwischen den Endstücken (24, 26) erstreckenden Schlauchkörper (22) aufweist, dessen Innenraum durch das Druckmedium beaufschlagbar ist, wobei eines der Endstücke (24) mit dem Ventil - körper (12) verbunden ist und an den beiden Endstücken (24, 26) eine zum Schlauchkörper (22) koaxiale Strangstruktur befestigt ist, die zwei sich überkreuzende Stranggruppen aufweist, die jeweils mit gleicher Längs- Orientierung verlaufende Stränge enthalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine das Ventilgehäuse (11) quer überspannende Membran (16) , die mit dem Ventilkörper verbunden ist und bei Auslenkung den Ventilkörper elastisch zurückzieht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (12) durch eine Feder (19) beaufschlagt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass allein durch die Größe des Steuerdrucks der Ventilhub exakt automatisch bestimmt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung in ihrem dynamischen Verlauf durch den zeitlichen Steuerdruckverlauf verändert wird.
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