WO2015104018A1 - Ventil mit variabler strömungsöffnung - Google Patents

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WO2015104018A1
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medium
valve closing
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Hans-Jörgen BEYER
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Beyer Hans-Jörgen
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/14—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with ball-shaped valve member
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    • F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet

Definitions

  • the invention relates to a valve for the flow of media, fluids and gases, wherein for a variable and variable flow port for a variable flow of media, a freely movable body is deflected in a flow space over outside the flow space variable and spaced magnets against a flow direction, and so that a variable metered media transfer as a line or point without dripping onto a substrate allows.
  • the invention relates to the micro-regulation of the flow of media through the valve and integration into dosing systems and pens.
  • Known magnetic valves with moving bodies for opening or closing a valve are based either on electric magnetic field excitation, on generated pressure differences in the direction of flow, operate with springs or holding forces of magnetizable or magnetized multiple elements within a media-carrying valve body, e.g. as a section of a hollow channel, e.g. an element which is movable over a pressurization of media in the flow direction.
  • Such valves are known from DE 199 22 414 C1 and EP 2 283 264 B1, as well as the associated prior art.
  • Valves based on electrical magnetic field excitation are technically and energy-consuming. According to a temporal course of magnetic field strengths, the magnetic flux density changes. Frequencies and switching cycles affect the flow behavior of media via heating of valves and flowing media, with viscosity changes. Grooves and connecting elements in valve bodies are confounding factors with potential leakage, which affect the flow behavior of a medium. Built-in springs are resistances that have to be overcome and change the flow of a medium. Valves with metal surfaces in the flow space are suitable for aggressive media, as well as e.g. Not very suitable for Cyanoacrylates as they endanger the valve.
  • Valves that open or close a valve via pressure build-up and pressure reduction or that previously require an increase in pressure via the medium constantly change the flow behavior of a medium due to discontinuous pressure conditions in the system.
  • a qualitative and reproducible media outlet can be achieved only under the same pressure conditions of medium and pressurization, and the same flow behavior of the medium.
  • Valves influence the flow behavior of a medium downstream of the valve with their structure and through areas in which air bubbles can form or settle.
  • the object of the invention is to provide a simple and cost-effective valve which can flow through a medium almost undisturbed, media compatible, therefore, is also suitable for media such as cyanoacrylate or aggressive media and where it is possible arbitrarily long lines with a predetermined formation of an initial and end of a line, as well as points, error-free in the desired manner to a substrate at any, even long time intervals in repeatable quality to transfer and wherein dripping after a dosing can be excluded.
  • a medium within the valve should not be able to react in such a way that there is a danger that this will render it useless.
  • the valve allows the use of the valve in a metering system with simple handling even without specific knowledge of a metering system, or an automated variable transfer of a medium is simplified.
  • the subject matter of the present invention relates to a method for dosing fluids, in particular of liquid fluids, in which at least one fluid is led out of at least one fluid reservoir into a discharge direction through a closable valve device, wherein at least one valve opening of the valve device is closed or opened by means of a valve closing body is to guide the fluid through the valve opening or to block a conduction, wherein the opening or closing is performed magnetically by moving the valve closing body and the valve closing body is arranged and moved in the fluid reservoir on an upstream side of the valve opening.
  • the valve closing body is moved by means of at least one magnet, which is arranged at a distance from the valve closing body interacting with the magnet, by movement and / or variation of its magnetic field strength.
  • valve closing body is guided or moved unguided.
  • Yet another embodiment provides that a cyanoacrylate is used as the fluid.
  • the technical teaching of the present invention provides that in the case of a metering device for metering fluids, in particular liquid fluids, provision is made for means for carrying out the method described above to be present, in particular with a fluid reservoir designed to receive the fluids which has at least one closable valve device in an outflow direction, through which the fluid can be conducted, wherein the valve device has at least one valve opening which is closable by means of at least one valve closing body in order to guide the fluid through the valve opening or to conduct it Block, wherein further at least one magnetic actuator is provided to perform the opening or closing magnetically by moving the valve-closing body and the at least one valve closing body on an upstream side of the valve opening in the fluid reservoir oir is arranged and movable.
  • At least one associated magnet is provided at a distance from the valve closing body, wherein the magnet is relatively movable relative to the valve closing body and / or is made variable with respect to at least its field strength.
  • valve closing body has a guide for the guided movement or is arranged ungrooved movable.
  • Yet another embodiment provides that a cyanoacrylate is provided as the fluid.
  • the valve device comprises a valve seat.
  • the valve seat on which the valve closing body bears for closing, can have any desired shape. In one embodiment, a funnel-shaped design is provided. In another embodiment, a flat surface is provided.
  • the valve seat has the valve opening, which can be closed by means of the valve closing body. In particular, a non-funnel-shaped guide or a non-funnel-shaped valve seat is provided.
  • Adaptable material properties of the valve seat enable a tight seal over the valve closing body.
  • the technical teaching of the present invention provides for a use of a dosing device as described above for dosing fluids, in particular gaseous and / or liquid fluids, in particular for drip-free dosing.
  • the metering device can be provided in any devices.
  • the valve closing body is arranged in a magnetic field.
  • the field is preferably formed by two spaced-apart magnets. By moving a magnet and / or both magnets, the field or the field strength can be changed to the valve closing body. In this way, a movement of the valve closing body in the magnetic field formed can be effected.
  • the valve device and / or the valve seat is arranged in the magnetic field. Accordingly, a magnet in the outflow direction is arranged in front of the valve seat and a magnet behind the valve seat.
  • the valve seat is preferably not magnetizable.
  • the valve closing body is magnetizable or movable by the magnetic field forces.
  • a preferred embodiment provides at least two magnetic field generating magnets.
  • the magnets are attachable in the reservoir and / or outside the reservoir.
  • the valve closing body is disposed within the reservoir.
  • the valve seat and the valve closing body are in operative connection, as are the magnets and the valve closing body.
  • the valve seat is formed in one embodiment of a rigid and / or inflexible material.
  • the valve seat is formed of a resilient and / or elastic material, so that a better seal with the valve closing body can be realized.
  • the valve is preferably constructed such that preferably an axial and undisturbed, non-magnetic hollow body includes a medium which is or is supplied to the hollow body and can continue to flow through an opening or leakage of the hollow body.
  • this hollow body consists of a material that is tailored to the medium and the function of the valve.
  • the hollow body there is a medium, as well as a freely movable body, preferably in the form of a ball of ferromagnetic material, which is due to its size both suitable for sealing the opening of the hollow body, as well as depending on the deflection of the movable body variable flow of the medium.
  • the ferromagnetic body may be provided with a media compatible protective layer and surface, e.g. equipped with Teflon, which optimizes its function.
  • the function of the hollow body as a valve is achieved in that the freely movable body for a preferably outside of the hollow body, arranged in the flow direction below the valve opening of the hollow body and acting on the body adjustable magnetic attraction forces, - preferably permanent magnetic attraction forces of a ring magnet whose inner ring should have a larger cross-section than the opening of the hollow body, so that it can surround a the cross-section of the hollow body adapted tapering of the hollow body -, is used to the opening of the hollow body, so that the body fluid-tightly closes the opening, on the other hand, the body can be spaced from the opening by also arranged on it movable magnetic attraction forces, preferably arranged outside the hollow body permanent magnetic attraction forces against the flow direction depending on Di. punch and approach of the external magnet act, which may be greater than the forces of attraction on the freely movable body in the flow direction and acting on the body pressure over the medium in the flow direction, which also drives the movable body against the opening.
  • a pressure on a medium in the hollow body is greater than the atmospheric pressure.
  • the medium itself is acted upon for a constant flow behavior with a set constant pressure and drives the movable body against the opening of the hollow body.
  • the pressure conditions in the system change.
  • a reproducible discharge of the medium and a required dosing quality is achieved with the valve according to the invention in that the force acting on the ferromagnetic movable body in the hollow body respective forces of attraction in and against the flow direction over the distances of external magnets manually or mechanically controlled such that via a resulting spacing between the freely movable body and the opening of the hollow body variable flow openings are generated, via which the flow of a medium through the valve can be variably adjusted.
  • variable position of the external magnets and thus variable flow opening can be programmed by software and implemented in conjunction with controllers and motion elements.
  • a programmed and positionable change in the position of permanent magnets for variable forces on a located in a hollow body ferromagnetic body is preferably achieved via controllable stepper motors, servomotors and microcontrollers.
  • the magnets are either attached directly to the motors or connected to the motors, taking the poles into account. This can be advantageous if local circumstances require this, the immediate size of the valve and the weight should be as low as possible, in addition translations for the deflection of the magnets are advantageous, or the magnetic fields of the magnets influence the motors.
  • An advantageous, fast-reacting possibility to position an external magnet for a deflection in the direction of the body in the hollow body can be achieved by moving an air-bearing permanent magnet, which is ideally mounted to reduce frictional resistance, with a servomotor in the direction of the movable body in accordance with the programming, the provision of the magnet in a new, the movable body mounted in the hollow body more distant position, however, takes place without force of the servo motor via magnetic, preferably also permanent magnetic, forces of attraction on the movable permanent magnet against the deflection via the servo motor.
  • the connection between the one to be positioned requires Permanent magnet and the servo motor is not rigidly connected and the servo motor can move without load quickly and without additional mass in a new pre-programmed, away from the moving body position.
  • the magnetic forces acting on each other can be influenced and finely adjusted.
  • a spring e.g. is made of plastic, which can stabilize the external magnet in a fixed position to the hollow body, by e.g. the hollow body against the spring, e.g. about its attachment, is adjusted.
  • a targeted deflection of the ferromagnetic body in the hollow body can also be achieved if both the external magnet below the hollow body, below the flow opening, and the movable permanent magnet is moved simultaneously and coordinated. This may be useful for special designs of the valve.
  • the hollow body consists of preferably non-magnetizable material and preferably of material tolerated plastic. In order to prevent contact, it must be ensured that magnets can not approach so far that it comes forcibly to a contact. In a simple way, this can be achieved via spacer elements, e.g. be achieved from plastic on which e.g. also the hollow body, with non-magnetizable bars or clips can be attached.
  • a variant of the structure for metering media is suitable for dosing.
  • A, for example, cylindrical hollow body with a magnetic or ferromagnetic body can in this case be located above the movement space of the body and opposite to the direction of flow of the medium also be designed with a flow-favorable for the medium bead, in which an external magnet, preferably within the radius of the hollow body, to change the position of the movable body in the hollow body, stored and moved manually and via a subsequent movement element and can be positioned , So that, as described above, in conjunction with a magnet below the hollow body as a counter force on the variable-mobility body in the hollow body, according to the respective positioning of the magnets, a variable flow opening can be generated.
  • a further possible variant operates with a hollow axis of the movement element through which the medium flows directly, but preferably via a hollow body in the hollow axle as a hose, and the external magnet, which can also be arranged around the axis as a ring magnet, is positioned over the motor becomes.
  • a movement element in a dosing pen can be controlled via a radio link or integrated storage media, for variable and reproducible dosing quantities, and a power supply can be provided in the dowel.
  • the hollow body incl for dosing, the hollow body incl.
  • the movable body and medium can also be integrated as a removable cartridge in a dosing, wherein a pressure on the medium is exerted directly or indirectly, for example. can also be exercised via a removable print cartridge in the dosing, or the medium is applied via a manual pressure build-up generated in the dosing.
  • the medium in which the medium does not nachfschreibt via lines in the pen, the medium from a used disposable media cartridge without moving body in the media cartridge, indirectly via a dosage of pressurization according to the invention with the inventive Valve, or with a valve according to the invention, in the flow direction below a replaceable cartridge, which is arranged between a connection of a metering pore and an opening of a cartridge metered.
  • valves according to the invention allow the respective media to be coordinated in coordination with one another and to be combined in different ratios in accordance with programmed programming and to flow out together via a common metering pore.
  • the variably produced flow openings of the valves according to the invention in this case allow media to be metered to each other so that in a continuous media order on a common exit pore a mixed medium with different properties can escape, which after transfer to a substrate different properties, such. softer or harder, identify or accept.
  • This has the particular advantage that e.g. Dosing media according to the nature of their course, e.g. can be set differently for a tight curve guidance to avoid stress cracks, as in the straight course. The possibility of producing different widths of any length has already been pointed out.
  • a necessary for the valve non-magnetizable and tuned to media trouble-free and fluid and airtight hollow body with an inwardly movable body of ferromagnetic material, preferably a spherical permanent magnet, can be produced very easily. It suffices the aerodynamic hollow body by known methods as unsealed, preferably as a symmetrical, tapering towards the ends ampoule of plastic to produce, in the during production, for example, a magnetic ball is introduced, the same time, - due to their gravity and so far required additional magnetic forces acting only on the outside of the sphere for production - in the case of a suitable still heated state of the plastic in the intended flow direction of the medium in the transition of the ampoule form into a tapering hollow end of the ampoule, a preferably axial depression is produced in the ampoule, which can close in the flow direction with a suitable plastic material fluid-tight over the ball as soon as the evenly round ball hugs.
  • force of the external ring magnet on the ball in the hollow body in coordination acting magnetic counter forces on the ball is made possible and over the following cross section of the ampoule end a connection for forwarding the medium after flowing through the ampoule is possible.
  • fluid-tight and air-tight ports with low resistance and influence on the flow of the medium can already be permanently carried out, e.g. Advantageously by means of slipped hoses after flow of the medium through the valve, or, advantageously inserted hoses in the flow direction at the valve inlet.
  • Other connection forms can also be realized.
  • hollow bodies with several connection possibilities e.g. for the inflow of several media in the hollow body, produce.
  • the hollow body can also be made of several parts or elements, the air-tightness must remain guaranteed.
  • a valve function of the hollow body with an internal movable body is achieved via magnets arranged outside the hollow body, so that hollow bodies can be easily exchanged in an arrangement. This can be useful if differently shaped hollow bodies are used for different media with different properties and viscosity, or if necessary a fluid-tight closure of the opening of the hollow body may no longer be achieved in the course of time.
  • the hollow body may be a disposable product that may be changed with respect to a base assembly of external magnets.
  • a correction for the discharge of the medium via a metering pore and the transfer of the medium to a substrate may be taken into account and also additionally coordinated within an automation.
  • Decisive for the function according to the invention is a freely movable ferromagnetic body for a variable resistance to a fluid reservoir, e.g. in a hollow body, located medium.
  • a fluid reservoir e.g. in a hollow body, located medium.
  • magnetic forces act such that a magnetic or ferromagnetic body in the hollow body is attracted in the direction of flow against an opening of the hollow body, so that a flow of the medium is blocked in a media-tight manner.
  • a media-dense blockade in a leaky blockage can be adjusted so regulated, so that the medium can escape depending on the pressure conditions on the respective resulting flow opening.
  • a media flow will adjust according to pressure conditions.
  • closed systems a slight overpressure suffices, which also includes overhead dosing, e.g. in robotic systems, in open systems allows a pore to the outside air for pressure equalization, e.g. with self-sufficient dosing pins.
  • Ingress of outside air and of pressure states can, for example, in turn be regulated by means of additional arrangements according to the invention in or against the flow direction.
  • counter pulses can be generated over this, change the impulses to a medium in their direction and effect, which are transmitted to the medium at a change in position of a freely movable body in the hollow body.
  • Pulses transmitted to a medium via movement of the body are small compared to systems based on pressure changes on a medium.
  • Existing systems, such as compressed air systems can be used to position in an inventive arrangement of external magnets or ferromagnetic materials whose magnetic fields can cause a change in position of a ferromagnetic body in the hollow body.
  • Magnetic fields can be applied to variably variable metering operations without any effort by means of guided ferromagnetic elements provided on adapters or dosing pins, as well as on e.g. change elements attached to a finger, both manually and via actuators.
  • the procedure according to the invention does not require manual pressure on vessels. After release of the media flow, media exit occurs immediately and media transfer is to a substrate, e.g. in the micro range of less than 0.09 mm, depending on the medium, and also in any duration possible, as long as the system pressure is above ambient pressure.
  • fragrances can be variably dispensed to a room in a time- and sensor-controlled manner. It is cost effective and easy to use the variable dosage for example for media dispensers or beverage dispensers.
  • the Unterstellen or the removal of a vessel with concomitant influence on the magnetic fields of the arrangements trigger a dosing without power or interrupt directly without dripping, but also a media flow can be limited.
  • conduit sections may be provided, e.g. in the case of self-sufficient dosing pencils for cyanoacrylates, they may be filled with dehumidifying agent. Surfaces can be passivated.
  • Line sections can be designed in such a way that they deliver substances to a medium flowing through which can promptly change the characteristics of a medium until the medium emerges, or e.g. also deliver flavoring agents or agents to a fluid, e.g. in medical technology, e.g. also for the administration of medicines.
  • a ferromagnetic closure body is present in the container and that a media flow adjusts or is prevented according to a distance of an external magnetic or ferromagnetic part.
  • External magnetic parts can e.g. be integrated in a counterpart to a container or in a lid.
  • One embodiment provides a valve having a variable flow opening and a freely movable in the flow direction via a medium in a hollow body made of ferromagnetic material, for a change in position of the ball, for a disruption of media flow of at least a first permanent magnet to a media-tight contact surface is attracted in a hollow body in the flow direction and for a change in position of the ball, for a flow of a medium through a hollow body, from a media-dense contact surface in the hollow body, via at least one second movable permanent magnet, which at a suitable distance with a higher attractive magnetic force on the Ball acts as the first magnet, is spaced and depending on the distance and position of the second magnet and the first magnet to each other a variable media flow and a variable flow opening can be generated, wherein the first permanent magnet and the second permanent magnet are outside a hollow body.
  • Another embodiment provides a valve, wherein at least one of the permanent magnets is changed manually in its position.
  • Yet another embodiment provides a valve, wherein at least one of the permanent magnets is changed by means of drive elements in its position.
  • an embodiment provides a valve, wherein a change in position and position control of at least one permanent magnet via control circuits in conjunction with defined control commands.
  • a valve is provided in which this is located in a metering pin.
  • the metering device is designed in one embodiment as a valve.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a valve in a closed state
  • a hollow body 1 is a free movable Liche ferromag netic ball 4 via a Mediu m 2 in the flow direction 3 druckbeaufsch suppose that of an external Mag Neten 7, which was about a not mag netisierbare spring 6 u nd elements 8 and an Ansch lay 26th adjacent to the Hoh lvenez, against a Sen ke 5 as a media-dense contact surface attracted and can be via an external Mag Neten 9, which if necessary against a distance and fastener 20 is mounted over an air cushion 10, in a variable position with a connection 13 to a motor 14, which can be controlled via controller 16 and if necessary established radio links 15, 17, and computer software 18, if necessary with the support of Measuring and Sensor Technology 19, move to a new position.
  • an external Mag Neten 7 which was about a not mag netisierbare spring 6 u nd elements 8 and an Ansch lay 26th adjacent to the Hoh lvenez, against a Sen ke 5 as a media-dense contact surface attracted and can be via
  • a reset magnet 11 can be positioned, which supports a movement of the magnet 9. Via the transitions 21, 23 of the hollow body 1, which can be fastened to an element 20 via bars or clips 25, further connections 22, 24 of a metering system can be connected.
  • Fig. 2 in the valve represents the ball 4, which causes of a media-dense sink and contact surface 5 by means of a new motor position 14 * and a new position associated 9 * an external magnet 9 with a magnetic force effect that the ball 4 changed to a new one Layer 4 * is deflected, so that a flow opening 27 is formed, via which the medium 2 according to the flow direction 3 in the direction of a metering pore 28 or dispensing needle (not shown) can continue to flow.
  • Fig. 3 shows the valve with a new variably controllable, now larger flow opening 27 in response to a new motor position 14 * in conjunction with a new position 9 * of the external magnet.
  • FIG. 4 shows the valve in an embodiment in which the external magnet 9, for example, is brought manually via a spring 30 and via a pressure movement 29 into a new position 9 * and the magnet 9 is able to deflect the ball into a new position 4 * ,
  • a stop 31 can be positioned which at the same time can act as a switch 32 upon contact between the spring 30 and the stop 31, so that further operations, e.g. also via a radio link 33, activate.
  • Fig. 5 illustrates the valve in an embodiment in which a variable flow opening 27 in conjunction with a movable Ele- ment 35, which is attached to an assembly 36 and via a spring 30 brings a magnet 9 in a changed position 9 * , which causes a deflection of the ball 4 via its magnetic force, the element 35 also mechanically, for example via grinder 37 within an automation can be pivoted and the arrangement can also be controlled via radio signals 37.
  • Fine adjustment hollow body optional
  • Air cushion optional
  • Radio link motion element motor - controller
  • Wireless connection controller - computer optional
  • Stop spring element optional

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von flüssigen Fluiden, bei dem aus mindestens einem Fluidreservoir (1) mindestens ein Fluid (2) in eine Ausflussrichtung (3) durch eine verschließbare Ventileinrichtung geleitet wird, wobei mindestens eine Ventilöffnung der Ventileinrichtung mittels eines Ventilschließkörpers (4) verschlossen bzw. geöffnet wird, um das Fluid durch die Ventilöffnung zu leiten bzw. eine Leiten zu blockieren, wobei das Öffnen bzw. Schließen magnetisch durch Bewegen des Ventilschließkörpers (4) durchgeführt wird und der Ventilschließkörper (4) in dem Fluidreservoir (1) auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ventilöffnung angeordnet und bewegt wird, sowie eine Dosiervorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung der Dosiervorrichtung.

Description

Ventil mit variabler Strömunqsöffnunq
Die Erfindung betrifft ein Ventil für den Durchfluss von Medien, Fluide als auch Gase, wobei für eine stufenlose und variable Strömungsöffnung für einen variablen Durchfluss von Medien ein frei beweglicher Körper in einem Durchflussraum über außerhalb des Durchflussraums variierbare und beabstandete Magnete gegen eine Strömungsrichtung ausgelenkt wird und damit einen variabel dosierbaren Medienübertrag als Linie oder Punkt ohne Nachtropfen auf ein Substrat ermöglicht.
Ferner betrifft die Erfindung die Mikroregulierung des Durchflusses von Medien durch das Ventil und die Integration in Dosiersysteme und Stifte.
Stand der Technik.
Bekannte magnetische Ventile mit beweglichen Körpern zum Öffnen oder Schließen eines Ventils basieren entweder auf elektrischer Magnetfelderregung, auf erzeugten Druckdifferenzen in Strömungsrichtung, funktionieren mit Federn oder mit Haltekräften von magnetisierbaren oder magnetisierten mehreren Elementen innerhalb eines mediendurchflossenen Ventilkörpers, z.B. als Abschnitt eines Hohlkanals, wobei z.B. ein Element, über eine Druckbeaufschlagung von Medien in Strömungs-richtung beweglich ist. Derartige Ventile sind aus De 199 22 414 C1 und EP 2 283 264 B1 bekannt, ebenso wie der zugehörige Stand der Technik.
Ventile die auf elektrischer Magnetfelderregung beruhen sind technisch und energiemäßig aufwändig. Entsprechend einem zeitlichen Verlauf von magnetischen Feldstärken ändert sich die magnetische Flussdichte. Frequenzen und Schaltzyklen beeinflussen das Fließverhalten von Medien über Erwärmung von Ventilen und durchfließender Medien, mit Viskositätsänderungen. Nuten und Verbindungselemente in Ventilkörpern sind Störfaktoren mit potentieller Undichtigkeit, die sich auf das Strömungsverhalten eines Mediums auswirken. Eingebaute Federn sind Widerstände die zu überwinden sind und die Strömung eines Mediums ändern. Ventile mit Metalloberflächen im Durchflussraum sind für aggressive Medien, wie auch z.B. für Cyanacrylate wenig geeignet, da sie das Ventil gefährden.
Ventile die über Druckaufbau und Druckabbau ein Ventil öffnen oder schließen oder zuvor eine Druckerhöhung über das Mediums erfordern, ändern das Fließverhalten eines Mediums ständig auf Grund diskontinuierlicher Druckzustände im System. Ein qualitativer und reproduzierbarer Medienaustritt ist jedoch nur unter gleichen Druckzuständen von Medium und Druckbeaufschlagung, sowie gleichem Strömungsverhalten des Mediums zu erreichen.
Ventile beeinflussen mit ihrem Aufbau und durch Bereiche, in denen sich Luftblasen ausbilden oder ablagern können, das Strömungsverhalten eines Mediums nach dem Ventil.
Darstellung der Erfindung.
Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches und kostengünstiges Ventil zu schaffen, welches ein Medium nahezu ungestört durchströmen kann, medienverträglich ist, daher auch für Medien wie Cyanacrylat oder auch für aggressive Medien geeignet ist und wobei es möglich ist beliebig lange Linien mit vorgegebener Ausbildung eines Anfangs und Endes einer Linie, sowie Punkte, fehlerfrei in gewünschter Art auf ein Substrat in beliebigen, auch langen Zeitabständen in wiederholbarer Qualität zu übertragen und wobei ein Nachtropfen nach einem Dosiervorgang ausgeschlossen werden kann. Darüber hinaus soll ein Medium innerhalb des Ventils nicht derart reagieren können, dass die Gefahr besteht, dass dieses dadurch unbrauchbar wird. Daneben soll erreicht werden, dass das Ventil auch ohne spezifische Kenntnisse eines Dosiersystems den Einsatz des Ventils in einem Dosiersystem mit einfacher Handhabung ermöglicht, bzw. ein automatisierter variabler Übertrag eines Medium vereinfacht wird.
Diese Anforderungen werden erfindungsgemäß über die Patentansprüche gelöst.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von flüssigen Fluiden, bei dem aus mindestens einem Fluidreservoir mindestens ein Fluid in eine Ausflussrichtung durch eine verschließbare Ventileinrichtung geleitet wird, wobei mindestens eine Ventilöffnung der Ventileinrichtung mittels eines Ventilschließkörpers verschlossen bzw. geöffnet wird, um das Fluid durch die Ventilöffnung zu leiten bzw. eine Leiten zu blockieren, wobei das Öffnen bzw. Schließen magnetisch durch Bewegen des Ventilschließkörpers durchgeführt wird und der Ventilschließkörper in dem Fluidreservoir auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ventilöffnung angeordnet und bewegt wird. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ventilschließkörper mittels mindestens eines Magneten, der beabstandet von dem mit dem Magneten zusammenwirkenden Ventilschließkörper angeordnet wird, durch Bewegung und/oder Veränderung dessen magnetischer Feldstärke bewegt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ventilschließkörper geführt oder ungeführt bewegt wird.
Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass als Fluid ein Cyanacrylat verwendet wird.
Zudem sieht die technische Lehre der vorliegenden Erfindung vor, dass bei einer Dosiervorrichtung zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von flüssigen Fluiden, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorhanden sind, insbesondere mit einem Fluidreservoir, das zur Aufnahme der Fluide ausgebildet ist, welches mindestens eine verschließbare Ventileinrichtung in einer Ausflussrichtung aufweist, durch welche das Fluid leitbar ist, wobei die Ventileinrichtung mindestens eine Ventilöffnung aufweist, die mittels mindestens eines Ventilschließkörpers verschließbar bzw. offenbar ist, um das Fluid durch die Ventilöffnung zu leiten bzw. eine Leiten zu blockieren, wobei weiter mindestens ein magnetischer Aktuator vorgesehen ist, um das Öffnen bzw. Schließen magnetisch durch Bewegen des Ventilschließkörpers durchzuführen und der mindestens eine Ventilschließkörper auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ventilöffnung in dem Fluidreservoir angeordnet und bewegbar ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass beabstandet zu dem Ventilschließkörper mindestens ein zugeordneter Magnet vorgesehen ist, wobei der Magnet relativ bewegbar zu dem Ventilschließkörper ist und/oder hinsichtlich zumindest seiner Feldstärke veränderbar ausgeführt ist.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ventilschließkörper eine Führung zum geführten bewegen aufweist oder ungeführt bewegbar angeordnet ist.
Noch eine andere Ausführungsform sieht vor, dass als Fluid ein Cyanacrylat vorgesehen ist.
Die Ventileinrichtung umfasst einen Ventilsitz. Der Ventilsitz, an welchem der Ventilschließkörper zum Verschließen anliegt, kann eine beliebige Form aufweisen. In einer Ausführungsform ist eine trichterförmige Ausführung vorgesehen. In einer andern Ausführungsform ist eine plane Fläche vorgesehen. Der Ventilsitz weist die Ventilöffnung auf, die mittels des Ventilschließkörpers verschließbar ist. Insbesondere ist eine nicht-trichterförmige Führung bzw. ein nicht-trichterförmiger Ventilsitz vorgesehen.
Anpassungsfähige Materialeigenschaften des Ventilsitzes ermöglichen einen dichten Verschluss über den Ventilschließkörper.
Zudem sieht die technische Lehre der vorliegenden Erfindung eine Verwendung einer vorstehend beschriebenen Dosiervorrichtung zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von gasförmigen und/oder flüssigen Fluiden, insbesondere für ein tropffreies Dosieren vor. Die Dosiervorrichtung lässt sich in beliebigen Vorrichtungen vorsehen.
In einer Ausführungsform ist der Ventilschließkörper in einem magnetischen Feld angeordnet. Das Feld wird bevorzugt durch zwei voneinander beabstandeten Magneten gebildet. Durch Bewegen eines Magneten und/oder beider Magneten lässt sich das Feld bzw. die Feldstärke auf den Ventilschließkörper verändern. Auf diese Weise lässt sich eine Bewegung des Ventilschließkörpers in dem gebildeten magnetischen Feld bewirken. Bevorzugt ist die Ventileinrichtung und/oder der Ventilsitz in dem Magnetfeld angeordnet. Entsprechend ist ein Magnet in Ausflussströmungsrichtung vor dem Ventilsitz und ein Magnet hinter dem Ventilsitz angeordnet. Der Ventilsitz ist vorzugsweise nicht magnetisierbar. Der Ventilschließkörper ist magnetsierbar bzw. durch die magnetischen Feldkräfte bewegbar. Somit sieht eine bevorzugte Ausführungsform mindestens zwei magnetfelderzeugende Magneten vor. Die Magneten sind in dem Reservoir und/oder außerhalb des Reservoirs anbringbar. Der Ventilschließkörper ist innerhalb des Reservoirs angeordnet. Der Ventilsitz und der Ventilschließkörper stehen in Wirkverbindung, ebenso wie die Magneten und der Ventilschließkörper. Der Ventilsitz ist in einer Ausführungsform aus einem starren und/oder unflexiblen Material ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilsitz aus einem nachgiebigen und/oder elastischen Material ausgebildet, sodass sich eine bessere Dichtung mit dem Ventilschließkörper realisieren lässt. Erfindungsgemäß ist das Ventil vorzugsweise derart aufgebaut, dass vorzugsweise ein axialer und ungestörter, nichtmagnetischer Hohlkörper ein Medium beinhaltet, welches dem Hohlkörper zugeführt ist oder wird und über eine Öffnung bzw. Undichtigkeit des Hohlkörpers weiterströmen kann. Vorteilhafter Weise besteht dieser Hohlkörper aus einem Material, dass auf das Medium und die Funktion des Ventils abgestimmt ist.
Im Hohlkörper befindet sich ein Medium, sowie ein frei beweglicher Körper, vorzugsweise in Form einer Kugel aus ferromagnetischem Material, der auf Grund seiner Größe sowohl dafür geeignet ist die Öffnung des Hohlkörpers dicht zu verschließen, als auch je nach Auslenkung des beweglichen Körpers variabel einen Durchfluss des Mediums zu ermöglichen. Der ferromagnetische Körper kann dabei mit einer medienverträglichen Schutzschicht und Oberfläche, z.B. mit Teflon, ausgerüstet sein, die seine Funktion optimiert.
Die Funktion des Hohlkörpers als Ventil wird dadurch erreicht, dass der frei bewegliche Körper zum einen vorzugsweise über außerhalb des Hohlkörpers, in Strömungsrichtung unterhalb der Ventil-Öffnung des Hohlkörpers angeordnete und auf den Körper wirkende justierbare magnetische Anziehungskräfte, - vorzugsweise permanentmagnetische Anziehungskräfte eines Ringmagneten, dessen innerer Ring einen größeren Querschnitt haben sollte als die Öffnung des Hohlkörpers, so dass dieser eine dem Öffnungsquerschnitt des Hohlkörpers angepasste Verjüngung des Hohlkörpers umschließen kann -, an die Öffnung des Hohlkörpers herangezogen wird, so dass der Körper die Öffnung fluiddicht abschließt, andererseits aber der Körper von der Öffnung beabstandet werden kann, indem auf ihn gleichfalls beweglich angeordnete magnetische Anziehungskräfte, vorzugsweise außerhalb des Hohlkörpers angeordnete permanentmagnetische Anziehungskräfte die entgegen der Strömungsrichtung je nach Distanz und Annäherung des externen Magneten wirken, die größer sein können als die Anziehungskräfte auf den frei beweglichen Körper in Strömungsrichtung sowie einem auf den Körper wirkenden Druck über das Medium in Strömungsrichtung, der gleichfalls den beweglichen Körper gegen die Öffnung treibt.
Auf den beweglichen Körper lastet ein Druck über ein Medium im Hohlkörper der größer ist als der atmosphärische Druck. Das Medium selbst ist für ein konstantes Strömungsverhalten mit einem eingestellten konstanten Druck beaufschlagt und treibt den beweglichen Körper gegen die Öffnung des Hohlkörpers. Über die Erzeugung einer minimalsten Änderung der Lage des beweglichen Körpers zur Öffnung des Hohlkörpers, vergleichbar einer Undichtigkeit des Hohlkörpers und Strömungs- / Ventilöffnung, kann selbst bei geringen Druckunterschieden zwischen dem Druck im Hohlkörper und dem z.B. atmosphärischem Umgebungs-Druck und entsprechend der Viskosität eines Mediums und entsprechend der Lage des beweglichen Körpers im Hohlkörper zur Öffnung und in Abhängigkeit der magnetischen Anziehungskräfte eines externen Ringmagneten unterhalb der Strömungsöffnung und einer Annäherung eines weiteren externen Magneten ein Medium aus dem Hohlkörper für einen Dosiervorgang austreten.
Generell ändern sich mit Austritt eines Mediums aus einem Ventil bzw. einer Dosierpore die Druckverhältnisse im System. Eine reproduzierbarer Austritt des Mediums und eine geforderte Dosierqualität wird mit dem erfindungsgemäßen Ventil dadurch erreicht, indem die auf den ferromagnetischen beweglichen Körper im Hohlkörper wirkenden jeweiligen Anziehungskräfte in und gegen die Strömungsrichtung über die Distanzen von externen Magneten manuell oder maschinell derart geregelt werden, dass über eine resultierende Beabstandung zwischen dem frei beweglichen Körper und der Öffnung des Hohlkörpers variable Strömungsöffnungen erzeugt werden, über die sich der Durchfluss eines Mediums durch das Ventil variabel einstellen lässt.
Vorzugsweise lässt sich eine variable Position der externen Magnete und damit variable Strömungsöffnung, mittels Software programmieren und in Verbindung mit Controllern und Bewegungselementen umsetzen.
Dies hat den großen Vorteil, dass auch ohne Kenntnis der genauen Kräfteverhältnisse und nichtlinearen Abläufe, die Qualität und Art eines Medienauftrags nach Durchfluss des Mediums über die Strömungsöffnung und nach Austritt aus einer Dosierpore und Übertrag auf ein Substrat, damit der Erfolg eines beabsichtigten Medienübertrags, unmittelbar ausgewertet und in Rückkopplung auf die programmierten Werte eine Position der externen Magnete ggf. korrigiert und für einen folgenden Übertrag des Mediums angepasst werden können, sofern es der Dosierauftrag erfordert. Eine Korrektur kann sowohl manuell nach optischer Beurteilung, als auch über Mess- und Sensortechnik automatisch erfolgen. Auf diese Weise werden variable Strömungsöffnungen während eines Dosiervorganges für einen angepassten Durchfluss des Mediums für ein optimales Dosierergebnis auf einem Substrat erzeugt. Die jeweiligen Strömungsöffnungen richten sich hierbei nach dem Resultat eines Medienübertrags.
Einmal als richtig erkannte Werte und Einstellungen können gespeichert, für folgende Dosiervorgänge archiviert, nach belieben abgerufen, als auch kombiniert werden. Zusätzlich können weitere Einflüsse wie z.B. Viskosität, Fließeigenschaften des Mediums, Temperatur-, Luftdruck- und Feuchtigkeitsänderungen und weitere Parameter mess- und sensortechnisch erfasst und für eine präzise Mikrodosierung der Software übermittelt und von dieser für eine exakte Positionierung der externen Magnete ausgewertet und verarbeitet werden.
Eine programmierte und positionierbare Veränderung der Lage von Permanentmagneten für veränderlich wirkende Kräfte auf einen in einem im Hohlkörper befindlichen ferromagnetischen Körper wird vorzugsweise über steuerbare Schrittmotoren, Servomotoren und MikroControllern erreicht. Die Magnete werden unter Beachtung der Pole entweder direkt an den Motoren angebracht oder von den Motoren entfernt mit diesen verbunden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn örtliche Gegebenheiten dies erfordern, die unmittelbare Größe des Ventils und das Gewicht möglichst gering sein sollen, zusätzlich Übersetzungen für die Auslenkung der Magnete vorteilhaft sind, oder die Magnetfelder der Magnete die Motoren beeinflussen.
Gleichzeitig kann darüber ausgeschlossen werden, dass sich der Ventilkörper und das Medium über Motoren erwärmt.
Eine vorteilhafte, schnell reagierende Möglichkeit einen externen Magneten für eine Auslenkung in Richtung des Körpers im Hohlkörper zu positionieren kann erreicht werden, indem ein, zur Verminderung von Reibungswiderständen idealer Weise luftgelagerter, Permanentmagnet mit einem Servomotor in Richtung des beweglichen Körpers entsprechend der Programmierung bewegt wird, die Rückstellung des Magneten in eine neue, vom beweglich im Hohlkörper gelagerten Körper weiter entfernte Position jedoch ohne Kraft des Servomotors über magnetische, vorzugsweise ebenfalls permanentmagnetische, Anziehungskräfte auf den ortsveränderlichen Permanentmagneten entgegen der Auslenkung über den Servomotor erfolgt. In diesem Fall erfordert die Verbindung zwischen dem zu positionierenden Permanentmagneten und dem Servomotor keine starre Verbindung und der Servomotor kann sich unbelastet schnell und ohne zusätzliche Masse in eine neue vorprogrammierte, vom beweglichen Körper weiter weg entfernte Position bewegen.
Entsprechend einer einstellbaren Distanz zwischen dem Rückstellmagnet und dem ortsveränderlichen Permanentmagneten in einer Ausgangsposition, lassen sich die wirkenden Magnetkräfte zueinander beeinflussen und feinjustieren.
Dabei sind die Anziehungskräfte in Abstimmung einer Feinjustierung der Magnetabstände zwischen dem frei beweglichen Körper im Hohlkörper und den externen Magneten, die den frei beweglichen Körper gegen die Öffnung des Hohlkörpers in Fließrichtung anziehen, zueinander abzugleichen. Erleichtert wird dies, wenn sich zwischen dem Hohlkörper und dem externen Magneten außerhalb und unterhalb der Öffnung des Hohlkörpers eine Feder, z.B. aus Kunststoff angeordnet ist, die den externen Magneten in einer fixen Lage zum Hohlkörper stabilisieren kann, indem z.B. der Hohlkörper gegen die Feder, z.B. über dessen Befestigung, justiert wird.
Eine gezielte Auslenkung des ferromagnetischen Körpers im Hohlkörper lässt sich auch erreichen, wenn sowohl der externe Magnet unterhalb des Hohlkörpers, unterhalb der Strömungsöffnung, als auch der ortsveränderliche Permanentmagnet gleichzeitig und koordiniert bewegt wird. Dies kann bei besonderen Ausführungen des Ventils nützlich sein.
In allen Fällen ist darauf zu achten, dass es zu keinem direkten Kontakt zwischen beweglichen und unbeweglichen, auch handelsüblichen und geeigneten Permanentmagneten, bevorzugt aus magnetisch .hartem' Mate-rial, kommen kann. Der Hohlkörper besteht dabei aus vorzugsweise nicht magnetisierbarem Material und bevorzugt aus materialverträg Ii ehern Kunststoff. Um einen Kontakt zu verhindern muss gewährleistet sein, dass sich Magnete nicht soweit annähern können, dass es zwangsweise zu einem Kontakt kommt. Auf einfache Weise kann dies über Distanzelemente z.B. aus Kunststoff erreicht werden an denen z.B. auch der Hohlkörper, mit nicht magnetisierbaren Riegeln oder Klipse befestigt sein kann.
Eine Variante des Aufbaus für das Dosieren von Medien bietet sich für Dosierstifte an. Ein z.B. zylinderförmiger Hohlkörper mit einem magnetischen bzw. ferro- magnetischem Körper kann hierbei oberhalb des Bewegungsraums des Körpers und entgegen der Fließrichtung des Mediums auch mit einer für das Medium strömungsgünstigen Sicke ausgeführt sein, in der ein externer Magnet, vorzugsweise innerhalb des Radius des Hohlkörpers, zur Lageveränderung des beweglichen Körpers im Hohlkörper, gelagert und manuell oder über ein folgendes Bewegungselement bewegt und positioniert werden kann, so dass hierüber, wie zuvor beschrieben, in Verbindung eines Magneten unterhalb des Hohlkörpers als Gegenkraft auf den variabel beweglichen Körper im Hohlkörper, entsprechend der jeweiligen Positionierung der Magnete eine variable Strömungsöffnung erzeugt werden kann.
Eine weitere mögliche Variante arbeitet mit einer Hohlachse des Bewegungselements, durch die das Medium unmittelbar, vorzugsweise jedoch über einen als Schlauch weitergeführten Hohlkörpers in der Hohlachse, strömt und der externe Magnet, der auch als Ringmagnet um die Achse angeordnet sein kann, über den Motor positioniert wird.
Für eine ungestörte Handhabung von Dosierstiften lässt sich ein Bewegungselement in einem Dosierstift über Controller mittels Funkverbindung oder integrierte Speichermedien, für variable und reproduzierbare Dosiermengen, steuern und im Stift eine Stromversorgung vorsehen.
Bei einer manuell durchgeführten Positionierung externer Magnete die einen beweglichen Körper im Hohlkörper auslenken können, lassen sich z.B. Anschläge, z.B. für Hebel an die auch alternativ Permanentmagnete direkt angebracht sein können, justieren, so dass in Verbindung einer Zeiteinheit gleiche Dosierergebnisse möglich werden.
Für Dosierstifte lässt sich der Hohlkörper incl. des beweglichen Körpers und Mediums auch als wechselbare Patrone in einen Dosierstift integrieren, wobei ein Druck auf das Medium mittelbar oder unmittelbar ausgeübt wird, der z.B. gleichfalls über eine wechselbare Druckpatrone im Dosierstift ausgeübt werden kann, bzw. das Medium wird über einen im Dosierstift erzeugten manuellen Druckaufbau beaufschlagt.
Vorteilhafter Weise wird jedoch bei Dosierstiften, bei denen das Medium nicht über Leitungen in den Stift nachfließt, das Medium aus einer eingesetzten Einweg- Medien-Patrone ohne beweglichen Körper in der Medienpatrone, indirekt über eine Dosierung einer Druckbeaufschlagung gemäß der Erfindung mit dem erfinderischen Ventil, oder mit einem erfindungsgemäßen Ventil, in Strömungsrichtung unterhalb einer wechselbaren Patrone, das zwischen einer Verbindung einer Dosierpore und einer Öffnung einer Patrone angeordnet ist, dosiert.
Für Medien, die in bestimmten Mengenverhältnissen zusammengeführt dosiert werden müssen, wie z.B. im Falle von Reaktionsklebstoffen, ermöglichen mehrere erfindungsgemäße Ventile im Verbund die jeweiligen Medien in Abstimmung zueinander koordiniert und entsprechend programmiert in unterschiedlichen Verhältnissen zusammenzuführen und über eine gemeinsame Dosierpore zusammengemischt ausströmen zu lassen. Die variabel erzeugten Strömungsöffnungen der erfindungsgemäßen Ventile ermöglichen hierbei Medien derart zueinander zu dosieren, dass bei einem durchlaufenden Medienauftrag über eine gemeinsame Austrittspore ein gemischtes Medium mit unterschiedlichen Eigenschaften austreten kann, das nach einem Übertrag auf ein Substrat unterschiedliche Eigenschaften, wie z.B. weicher oder härter, ausweisen oder annehmen kann. Das hat insbesondere den Vorteil, dass z.B. Dosiermedien entsprechend der Art ihres Verlaufs, z.B. für eine enge Kurvenführung zur Vermeidung von Spannungsrissen anders eingestellt werden können, als im geraden Verlauf. Auf die Möglichkeit hierbei unterschiedlich breite Linien beliebiger Länge zu erzeugen wurde schon hingewiesen.
Ein für das Ventil notwendiger nicht magnetisierbarer und auf Medien abgestimmter störungsfreier und fluid- und luftdichter Hohlkörper mit einem innerhalb liegenden frei beweglichen Körper aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise ein kugelförmiger Permanentmagnet, lässt sich sehr einfach herstellen. Es genügt den Hohlkörper strömungsgünstig nach bekannten Verfahren als unverschlossene, vorzugsweise als symmetrische, sich zu den Enden hin verjüngende Ampulle aus Kunststoff, herzustellen, in die während der Produktion eine, z.B. magnetische Kugel, eingebracht wird, die gleichzeitig, - aufgrund Ihrer Schwerkraft und soweit erforderlich zusätzlicher nur zur Produktion von außen auf die Kugel wirkender magnetische Kräfte -, bei einem geeigneten noch erwärmten Zustand des Kunststoffs in der vorgesehenen Strömungsrichtung des Mediums im Übergang der Ampullenform in ein sich verjüngendes hohlen Endes der Ampulle eine vorzugsweise axiale Senkung in der Ampulle erzeugt, die sich in Strömungsrichtung bei geeignetem Kunststoffmaterial fluiddicht über die Kugel schließen lässt, sobald sich die gleichmäßig runde Kugel anschmiegt. Idealer Weise wird das sich verjüngende hohle Ende der Ampulle unterhalb einer Strömungsöffnung einer Ampulle im Außenquerschnitt auf einen inneren Durchmesser eines externen Ringmagneten, der die Kugel innerhalb des Hohlkörpers an die Senke anzieht, abgestimmt und in seiner Länge derart ausgeführt, dass eine Feinjustierung des Abstandes und damit Kraftwirkung des externen Ringmagneten auf die Kugel im Hohlkörper in Abstimmung wirkender magnetischer Gegenkräfte auf die Kugel ermöglicht wird und über den folgenden Querschnitt des Ampullen-endes ein Anschluss für eine Weiterleitung des Mediums nach durchströmen der Ampulle möglich ist.
Über geeignete Längen und Querschnitte der Enden der Ampulle lassen sich bereits dauerhaft fluid- und luftdichte Anschlüsse mit geringem Widerstand und Einfluss auf die Strömung des Mediums ausführen, z.B. vorteilhafter Weise mittels übergestülpter Schläuche nach Durchfluss des Mediums durch das Ventil, bzw, vorteilhafter Weise eingeschobener Schläuche in Strömungsrichtung am Ventileingang. Andere Anschlussformen können gleichfalls realisiert werden. Bei Bedarf lassen sich auch Hohlkörper mit mehreren Anschlussmöglichkeiten, z.B. für die Zuströmung mehrerer Medien in den Hohlkörper, herstellen. Gleichfalls lässt sich der Hohlkörper auch aus mehreren Teilen oder Elementen herstellen, wobei die Luftdichtigkeit gewährleistet bleiben muss.
Eine Ventilfunktion des Hohlkörpers mit innenliegendem beweglichem Körper wird über außerhalb des Hohlkörpers angeordnete Magnete erreicht, so dass Hohlkörper, in einer Anordnung leicht ausgetauscht werden können. Das kann nützlich sein, wenn für verschiedene Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften und Viskosität unterschiedlich ausgelegte Hohlkörper zum Einsatz kommen, bzw. im Laufe der Zeit ein fluiddichter Verschluss der Öffnung des Hohlkörpers ggf. nicht mehr erreicht wird.
Auf Grund der geringen Kosten des Hohlkörpers wird es zudem wirtschaftlicher sein auf eine Reinigung eines Hohlkörpers zu verzichten und gleich einen neuen Hohlkörper anzuordnen. In diesem Sinne kann der Hohlkörper ein Einwegprodukt sein, das in Bezug einer Basisanordnung von externen Magneten gewechselt werden kann.
Im Falle einer Änderung des Strömungsverhaltens eines Mediums kann über die hinterlegte Software eine Korrektur für den Austritt des Mediums über eine Dosierpore und den Übertrag des Mediums an ein Substrat erfolgen. Sofern erforderlich kann hierbei gleichzeitig innerhalb einer Automation die Lage und Ortsveränderung eines Substrats in einer Zeiteinheit berücksichtigt und auch zusätzlich koordiniert werden.
Neben den beispielhaften Zeichnungen gibt es vielfältige Varianten.
Entscheidend für die erfindungsgemäße Funktion ist ein frei beweglicher ferro- magnetischer Körper für einen veränderlichen Widerstand für ein in einem Fluidreservoir, z.B. in einem Hohlkörper, befindliches Medium. Über außerhalb des Hohlkörpers angeordnete Magnete oder ferromagnetische Materialen wirken magnetische Kräfte derart, dass ein magnetischer, bzw. ferromagnetischer Körper im Hohlkörper in Strömungsrichtung gegen eine Öffnung des Hohlkörpers angezogen wird, so dass ein Durchfluss des Mediums mediendicht blockiert ist. Je nach Distanz dieser Haltekraft und deren Einfluss auf den Körper im Hohlkörper lässt sich eine mediendichte Blockade in eine undichte Blockade derart regulierbar ändern, so dass das Medium je nach Druckzuständen über die jeweils entstandene Strömungsöffnung entweichen kann. Vorteilhaft ist es dies für eine Justierung der Kräfteverhältnisse zwischen dem im Hohlkörper befindlichen ferromagnetischen Körper und der externen Magnetkraft zu nutzen und die Lage des Körpers über eine weitere externe Magnetfeldeinwirkung auf den Körper im Hohlkörper entsprechend dem Strömungsverhalten des Mediums zu ändern. Mit Reaktion in Echtzeit ändert sich mit der Lage des Körpers die Strömungsöffnung für einen unmittelbaren und variabel einstellbaren Medienaustritt.
Entsprechend dem Umgebungsdruck an der Stelle des Medienaustritts, entsprechend der Oberflächenspannung des Mediums und kapillarer Kräfte, entsprechend dem Widerstand des Körpers im Hohlkörper und des Systems, wird sich ein Medienfluss entsprechend Druckzuständen einstellen. Bei geschlossenen Systemen genügt ein geringfügiger Überdruck, der auch Überkopfdosierungen, z.B. in Robotersystemen, ermöglicht, bei offenen Systemen eine Pore zur Außenluft zum Druckausgleich, z.B. bei autarken Dosierstiften.
Ein Zutritt von Außenluft und von Druckzuständen lässt sich z.B. wiederum über zusätzliche erfindungsgemäße Anordnungen in oder gegen die Strömungsrichtung regulieren. Gleichzeitig können hierrüber Gegenimpulse erzeugt werden, die Impulse auf ein Medium in ihrer Richtung und Wirkung ändern, die sich bei einer Lageänderung eines frei beweglichen Körpers im Hohlkörper auf das Medium übertragen. Impulse die sich über eine Bewegung des Körpers auf ein Medium übertragen sind gering gegenüber Systemen die auf Druckänderungen auf ein Medium basieren. Vorhandene Systeme, z.B. Druckluftsysteme, lassen sich jedoch verwenden, um bei einer erfindungsgemäßen Anordnung externer Magnete oder ferromagnetische Materialien, deren Magnetfelder eine Lageveränderung eines ferromagnetischen Körpers im Hohlkörper bewirken können, zu positionieren.
Sobald im System Medium und deutliche Druckänderungen, d.h. ein Wechsel zwischen Überdruck und Unterdruck in der medienführenden Leitungsführung, entkoppelt sind, kann ein nahezu konstant bleibender Druck auf ein Medium eingestellt werden.
Handelsüblich befinden sich unterschiedliche Medien wie Cyanacrylate, allgemein Klebstoffe, Öle, Reinigungs- Lösungsmittel, Fleckenentferner, Farben, Duft- Aromastoffe, aber auch aggressive Medien usw. in produktspezifischen Flaschen oder Behältern, bei denen für den Austritt des Mediums z.B. manuell Druck auf das Gefäß ausgeübt werden muss und gleichermaßen bei nachlassendem Druck sich das Medium, meistens mit unkontrollierten Lufteinschlüssen über die Medienaustrittsstelle, in den Behälter zurückzieht. Eine präzise und fortdauernde Dosierung eines Mediums ist damit unmöglich.
Unter Beibehaltung derartiger Gefäße ist es jedoch möglich einen Behälterver- schluss gegen Adapter mit erfindungsgemäßer Ventilfunktion auszuwechseln. Magnetfelder lassen sich für veränderliche variable Dosiervorgänge ohne Kraftaufwand über an Adaptern oder Dosierstiften vorgesehene geführte ferromagnetische Elemente, als auch an z.B. an einem Finger befestigte Elemente, manuell wie auch über Aktoren, ändern. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erfordert keinen manuellen Druck auf Gefäße. Nach Freigabe des Medienflusses erfolgt ein Medienaustritt unmittelbar und ein Medienübertrag ist auf ein Substrat, z.B. im Mikrobereich von unter 0,09 mm, je nach Medium, und gleichfalls in beliebiger Dauer möglich, solange der Systemdruck über dem Umgebungsdruck liegt.
Generell lassen sich auch Medien mit geringerer Viskosität als Wasser ohne Nachtropfen exakt dosieren. Beispielsweise lassen sich Duftstoffe Zeit- und sensorgesteuert variabel an einen Raum abgeben. Kostengünstig und einfach ist es, die variable Dosierung z.B. für Medienspender oder Getränkeautomationen zu nutzen. Hier kann z.B. das Unterstellen bzw. die Entnahme eines Gefäßes mit einhergehender Einflussnahme auf die Magnetfelder der Anordnungen einen Dosiervorgang auch ohne Strom auslösen bzw. unmittelbar ohne Nachtropfen unterbrechen, gleichfalls kann aber auch ein Medienfluss begrenzt werden. Medien strömen hierbei hygienisch einwandfrei lediglich in einer verschleißfreien medientauglichen Leitungsführung, z.B. aus Teflon, ohne jegliche Durchdringungen oder Kontakt zu mechanischen Komponenten. Leitungsführungen unterliegen keiner mechanischen Beanspruchung und lassen sich diffusionsdicht realisieren.
Insbesondere in der Medizintechnik und Life Sience ist dies für sterile und kontaminationsfreie Dosiervorgänge besonders vorteilhaft. Medienmengen lassen sich exakt dosieren. Eine Volumenzunahme eines Meniskus lässt sich unmittelbar unterbrechen oder fortsetzen. In der Mikrodosiertechnik kann über eine Zeiteinheit, auch über mehrere Tage, die Entstehung eines Tropfens, d.h. ein geringster Medienfluss, eingestellt werden.
In Systemen lassen sich ergänzend und soweit erforderlich für sensible Medien Leitungsabschnitte vorsehen, die z.B. im Fall von autarken Dosierstiften für Cyanacrylate mit Entfeuchtungsmittel gefüllt sein können. Oberflächen lassen sich passivieren. Leitungsabschnitte können derart ausgeführt sein, dass diese an ein durchströmendes Medium Stoffe abgeben, die zeitnah ein Medium bis zum Medienaustritt in seinen Eigenschaften ändern können, oder z.B. auch Aromastoffe oder Wirkstoffe einem Fluid zuführen, z.B. in der Medizintechnik, wie z.B. auch für die Gabe von Medikamenten.
Für einfache Aufgaben, z.B. um Behälter hygienisch und ohne Nachtropfen einzusetzen oder Medien umzufüllen genügt es, dass im Behälter ein ferro- magnetischer Verschlusskörper vorhanden ist und sich entsprechend einer Distanz eines externen magnetischen oder ferromagnetischen Teils, ein Medienfluss einstellt, oder dieser verhindert ist. Externe magnetische Teile können z.B. in einem Gegenstück zu einem Behälter oder in einem Deckel integriert sein.
Eine Ausführungsform sieht ein Ventil vor mit einer variablen Strömungsöffnung und einer in Strömungsrichtung über ein Medium in einem Hohlkörper mit Druck beaufschlagten frei beweglichen Kugel aus ferromagnetischem Material, die für eine Lageveränderung der Kugel, für eine Unterbrechung eines Medienflusses, von mindestens einem ersten Permanentmagneten an eine mediendichte Kontaktfläche in einem Hohlkörper in Strömungsrichtung angezogen wird und die für eine Lageänderung der Kugel, für einen Durchfluss eines Mediums durch einen Hohlkörper, von einer mediendichten Kontaktfläche im Hohlkörper, über mindestens einen ortsveränderlichen zweiten Permanentmagneten, der bei geeigneter Entfernung mit einer höheren anziehenden magnetischen Kraft auf die Kugel wirkt als der erste Magnet, beabstandet wird und je nach Entfernung und Position des zweiten Magneten und ersten Magneten zueinander ein variabler Medienfluss und eine variable Strömungsöffnung erzeugbar ist, wobei sich der erste Permanentmagnet und zweite Permanentmagnet außerhalb eines Hohlkörpers befinden.
Eine andere Ausführungsform sieht ein Ventil vor, wobei mindestens einer der Permanentmagnete in seiner Lage manuell verändert wird.
Noch eine andere Ausführungsform sieht ein Ventil vor, wobei mindestens einer der Permanentmagnete über Antriebselemente in seiner Lage verändert wird.
Weiter sieht eine Ausführungsform ein Ventil vor, wobei eine Lageveränderung und Lageregelung mindestens eines Permanentmagneten über Regelkreise in Verbindung mit definierten Steuerungsbefehlen erfolgt.
Zudem ist in einer Ausführungsform ein Ventil vorgesehen, bei dem sich dieses in einem Dosierstift befindet.
Die Dosiervorrichtung ist in einer Ausführungsform als ein Ventil ausgebildet.
Auszugsweise werden die grundlegenden Elemente des erfindungsgemässen Ventils anhand schematischer, nicht maßstäblicher, skizzenhafter Zeichnungen für die Erläuterung eines Zusammenwirkens der einzelnen Komponenten für die Funktion des Ventils näher beschrieben, wobei
Fig . 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ventils im gesch lossenen Zustand ,
m it externen Elementen und Peripheriegeräten darstellt.
I n einem Hohlkörper 1 wird eine frei beweg liche ferromag netische Kugel 4 über ein Mediu m 2 in Strömungsrichtung 3 druckbeaufsch lagt, die von einem externen Mag neten 7, der über eine nicht mag netisierbare Feder 6 u nd Elemente 8 und einem Ansch lag 26 anliegend zum Hoh lkörperl justierbar ist, gegen eine Sen ke 5 als mediendichte Kontaktf läche angezogen und lässt sich über einen externen Mag neten 9, der bei Bedarf gegen über einem Distanz- und Befestigungselement 20 über ein Luftkissen 10 gelagert ist, in eine variierbare Lage mit einer Verbindung 13 zu einem Motor 14, der über Controller 16 und bei Bedarf eingerichteten Funkverbindungen 15, 17, und Computer- Software 18 gesteuert werden kann, bei Bedarf mit Unterstützung von Mess- und Sensortechnik 19, in eine neue Lage bewegen.
Über eine justierbare Einstellung 12 lässt sich ein Rückstellmagnet 11 positionieren, der eine Bewegung des Magneten 9 unterstützt. Über die Übergänge 21, 23 des Hohlkörpers 1 der über Riegel oder Klipse 25 an einem Element 20 befestigt sein kann, lassen sich weiterführende Anschlüsse 22, 24 eines Dosiersystems verbinden.
Fig. 2 im Ventil die Kugel 4 darstellt, die von einer mediendichten Senke und Kontaktfläche 5 mit Hilfe einer neuen Motorstellung 14* und einer einhergehenden neuen Position 9* eines externen Magneten 9 mit einer magnetischen Kraftwirkung bewirkt, dass die Kugel 4 in eine neue veränderte Lage 4* ausgelenkt wird, so dass eine Strömungsöffnung 27 entsteht, über die das Medium 2 entsprechend der Strömungsrichtung 3 in Richtung einer Dosierpore 28 oder Dosiernadel (nicht dargestellt) weiterfließen kann.
Fig. 3 das Ventil mit einer neuen variabel kontrollierbaren, jetzt größeren Strömungsöffnung 27 in Abhängigkeit einer neuen Motorstellung 14* in Verbindung einer neuen Position 9* des externen Magneten dargestellt.
Fig.4 das Ventil in einer Ausführung dargestellt, bei der der externe Magnet 9, z.B. manuell über eine Feder 30 und über eine Druckbewegung 29 in eine neue Position 9* gebracht wird und der Magnet 9 die Kugel in eine neue Position 4* auszulenken vermag.
Für gezielte Strömungsöffnungen 27 kann ein Anschlag 31 positioniert werden, der gleichzeitig bei Kontakt zwischen der Feder 30 und dem Anschlag 31 als Schalter 32 fungieren kann, so dass sich darüber auch weitere Vorgänge, z.B. auch über eine Funkverbindung 33, aktivieren lassen.
Fig. 5 das Ventil in einer Ausführung darstellt, bei der eine variable Strömungsöffnung 27 in Verbindung mit einem beweglichen Ele- ment 35, welches an einer Anordnung 36 befestigt ist und über eine Feder 30 einen Magneten 9 in eine geänderte Position 9* bringt, der über seine magnetische Kraftwirkung eine Auslenkung der Kugel 4 bewirkt, wobei das Element 35 auch mechanisch, z.B. über Schleifer 37 innerhalb einer Automation schwenkbar ist und die Anordnung auch über Funksignale 37 angesteuert werden kann.
Bezugsliste Hohlkörper / Ampulle / Fluidreservoir
Medium / Fluid
Strömungsrichtung / Ausflussrichtung
Frei beweglicher Körper / Kugel / Ventilschließkörper
Senke - mediendichte Kontaktfläche
Feder, optional
Erster externer Magnet/ Magnet / magnetischer Aktuator
Feinjustierung Hohlkörper, optional
Zweiter externer, lageveränderlicher Magnet
Luftkissen, optional
Rückstellmagnet, optional
Feinjustierung Rückstellmagnet, optional
Verbindung positionierbarer Magnet, symbolisch
Bewegungselement - Motor
Funkverbindung Bewegungselement, Motor - Controller,
Controller, ggf. optional
Funkverbindung Controller - Computer, optional
Externer Computer, optional
Optionale Messtechnik - Sensoren
Distanzelement - Befestigungselement
Hohles Ampullenende - zuströmendes Medium
Anschluss zuströmendes Medium
Hohles Ampullenende - abströmendes Medium
Anschluss für abströmendes Medium
Befestigung Hohlkörper / Ampulle, symbolisch Anschlag Ampulle - Feinjustierung, optional Variable Strömungsöffnung
Weiterführung Dosierpore - Dosiernadel
Druck für Lageänderung
Federelement
Anschlag Federelement, optional
Optionaler Schaltkontakt
Potentielle Funkverbindung
Distanzfläche, Dosierstift
Exzenterelement
Lagerbefestigung Exzenter, optionales Bewegungselement Mechanik, optional
Funkverbindung, optional

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von flüssigen Fluiden, bei dem aus mindestens einem Fluidreservoir (1 ) mindestens ein Fluid (2) in eine Ausflussrichtung (3) durch eine verschließbare Ventileinrichtung geleitet wird, wobei mindestens eine Ventilöffnung der Ventileinrichtung mittels eines Ventilschließkörpers (4) verschlossen bzw. geöffnet wird, um das Fluid durch die Ventilöffnung zu leiten bzw. eine Leiten zu blockieren, wobei das Öffnen bzw. Schließen magnetisch durch Bewegen des Ventilschließkörpers (4) durchgeführt wird und der Ventilschließkörper (4) in dem Fluidreservoir (1 ) auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ventilöffnung angeordnet und bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (4) mittels mindestens eines Magneten (7), der beabstandet von dem mit dem Magneten (7) zusammenwirkenden Ventilschließkörper (4) angeordnet wird, durch Bewegung und/oder Veränderung dessen magnetischer Feldstärke bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilschließkörper (4) geführt oder ungeführt bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Fluid ein Cyanacrylat verwendet wird.
5. Dosiervorrichtung zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von flüssigen Fluiden, mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, insbesondere mit einem Fluidreservoir (1), das zur Aufnahme der Fluide ausgebildet ist, welches mindestens eine verschließbare Ventileinrichtung in einer Ausflussrichtung (3) aufweist, durch welche das Fluid leitbar ist, wobei die Ventileinrichtung mindestens eine Ventilöffnung aufweist, die mittels mindestens eines Ventilschließkörpers (4) verschließbar bzw. offenbar ist, um das Fluid durch die Ventilöffnung zu leiten bzw. eine Leiten zu blockieren, wobei weiter mindestens ein magnetischer Aktuator (7) vorgesehen ist, um das Öffnen bzw. Schließen magnetisch durch Bewegen des Ventilschließkörpers (4) durchzuführen und der mindestens eine Ventilschließkörper (4) auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Ventilöffnung in dem Fluidreservoir (1) angeordnet und bewegbar ist.
6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zu dem Ventilschließkörper (4) mindestens ein zugeordneter Magnet (7) vorgesehen ist, wobei der Magnet (7) relativ bewegbar zu dem Ventilschließkörper (4) ist und/oder hinsichtlich zumindest seiner Feldstärke veränderbar ausgeführt ist.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilschließkörper (4) eine Führung zum geführten bewegen aufweist oder ungeführt bewegbar angeordnet ist.
8. Dosiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
als Fluid ein Cyanacrylat vorgesehen ist.
9. Verwendung einer Dosiervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 8 zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von gasförmigen und/oder flüssigen Fluiden, insbesondere für ein tropffreies Dosieren.
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