WO2018100025A1 - Membranventil mit verdrängungskompensierung - Google Patents

Membranventil mit verdrängungskompensierung Download PDF

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WO2018100025A1
WO2018100025A1 PCT/EP2017/080907 EP2017080907W WO2018100025A1 WO 2018100025 A1 WO2018100025 A1 WO 2018100025A1 EP 2017080907 W EP2017080907 W EP 2017080907W WO 2018100025 A1 WO2018100025 A1 WO 2018100025A1
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WO
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membrane
compensation
dosing
diaphragm
valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/080907
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Schmid
Original Assignee
Henkel Ag & Co. Kgaa
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Filing date
Publication date
Application filed by Henkel Ag & Co. Kgaa filed Critical Henkel Ag & Co. Kgaa
Publication of WO2018100025A1 publication Critical patent/WO2018100025A1/de

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    • 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
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure
    • 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
    • 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
    • B05C5/0237—Fluid actuated valves

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm valve for metering a flowable product, wherein the diaphragm valve comprises an inlet for the product, an outlet for the product and a valve channel extending between the inlet to the outlet. Furthermore, the diaphragm valve comprises a metering diaphragm, which closes the valve channel in a closed position, so that input and output are separated from each other.
  • Such a diaphragm valve is known from the prior art.
  • the diaphragm By means of a control with control air, the diaphragm can be moved from the closed position into an open position to start a metering cycle in which the product can flow from the inlet to the outlet and exit there.
  • the membrane While in the closed position, the membrane rests against a fixed closing edge or closing surface and thus closes the valve, a gap between dosing membrane and closing edge / closing surface is given in the open position, through which the product can then flow.
  • the volume flow of the product can be adjusted via the gap width or the maximum stroke of the dosing diaphragm (valve lift).
  • a major advantage of the diaphragm valve is that the diaphragm provides a particularly reliable seal between the product-filled valve port and the controller or the environment. This leads to very long lifetimes without any leakage.
  • a well-known application for such a diaphragm valve is the dosage of UV-curing adhesives or cyanoacrylate adhesives.
  • a disadvantage is that when opening the dosing membrane (transition from the
  • valve lift can be reduced.
  • the nominal size of the valve is small, resulting in a high pressure loss.
  • the dosage of highly viscous liquids is severely limited.
  • a higher liquid pressure is necessary.
  • the invention is therefore based on the object to provide a diaphragm valve that allows accurate metering of the product and is easy to handle.
  • the object of the invention is based with the feature combination according to
  • the membrane valve according to the invention is characterized in that compensating means are provided, which are attributable to the opening of the metering membrane
  • volume change of the valve channel at least partially compensate. For example, if the opening of the metering membrane is associated with an increase in the volume of the valve channel, the compensation means ensure that when opening the metering membrane simultaneously
  • volume increase amounts to the volume reduction.
  • the compensating means ensure that the volume of the valve channel does not change when the dosing membrane is opened. Due to the constant volume when opening the dosing membrane can be the beginning and end of the product delivery or the
  • the compensation means are designed to overcompensate for the change in volume due to the opening of the metering membrane.
  • the volume reduction to be attributed is larger, so that in total the volume of the valve channel is reduced when the dosing membrane is opened.
  • the volume change of the valve channel caused by the opening can assume values between 1.25 mm 3 and 15 mm 3 , preferably between 3.75 and 12 mm 3 .
  • the compensation means may comprise a compensation membrane.
  • Embodiment this is substantially identical to the dosing membrane.
  • the dosing membrane and the compensation membrane can each have a circular
  • dosing membrane and compensation membrane are each rotationally symmetrical about a central axis.
  • the rotational symmetry should not preclude holes or openings in the membrane, which are provided for fastening means such as screws or the like, to the membrane on other components of the
  • the dosing membrane and the compensation membrane face each other.
  • dosing membrane and compensation membrane each have a circular membrane surface and are constructed substantially rotationally symmetrical, while the center axis of the dosing membrane and the central axis of the compensation membrane can be arranged coaxially.
  • the dosing membrane and the compensation membrane can thereby to a median plane, each at a same distance from the dosing membrane and the
  • Compensating membrane and extending perpendicular to the coaxial center axes of the membrane be arranged mirror-symmetrically. Another possibility is to arrange the membrane with the same orientation one behind the other.
  • the dosing membrane and the compensation membrane may preferably be mechanically interconnected by connecting means.
  • the connecting means are designed so that a movement of the dosing membrane is transferred to the compensation membrane without delay. If, for example, a middle point moves
  • the connecting means can ensure that a middle point of the compensation diaphragm also moves by this amount.
  • Dosing membrane or the movement of the compensation membrane thus refers to the movement of a certain point of the membrane or a specific region of the membrane. It is also conceivable that the connecting means, for example via a lever construction with a given movement of the metering membrane delay the movement of the
  • the connecting means comprises a connecting rod extending from the metering diaphragm to the compensation diaphragm.
  • the connecting rod is in this case with a first end with the metering membrane and with a second end with the
  • Compensating membrane connected.
  • a simple abutment of one of the ends of the connecting rod on one of the diaphragms may constitute such a connection.
  • connection means may comprise pressure means by which the compensation membrane (or parts thereof) is pressed in the direction of the dosing membrane.
  • the connecting rod between dosing membrane and compensation membrane acts as a push rod, the
  • the pressure means may comprise a coil spring which exerts the required pressure on the dosing membrane.
  • the pressure means comprise a pressure chamber, which can be acted upon with compressed air, wherein the metering diaphragm limits the pressure chamber. The pressure prevailing in the pressure chamber ensures that the
  • Dosing membrane is stretched in the direction of the compensation membrane and abplex on the connecting rod a, which in turn is supported on the metering membrane.
  • the dosing membrane may be connected to a piston rod of a control piston.
  • the control piston is movably mounted and can preferably be moved by pneumatic pressure (control air). If the control air pushes the control piston from a rest position into an end position, the position of the point or the region of the footwell also changes
  • connection point or the corresponding connection area.
  • the piston rod and the connecting rod connecting the two membranes can lie on a common axis. Axial movement of the control piston in one direction may thus result in movement of the metering diaphragm and movement of the compensation diaphragm in the same direction, respectively.
  • Figure 1 is a longitudinal section of a diaphragm valve according to the invention.
  • Figure 2 is a side view of the diaphragm valve of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a perspective sectional view of the diaphragm valve of FIG. 1.
  • Figures 1 to 3 show a diaphragm valve according to the invention in different views.
  • the diaphragm valve is designated in its entirety by 1.
  • the diaphragm valve includes a
  • Main housing 10 in which a valve channel 11 is formed.
  • a valve channel 11 At an entrance 12 is a
  • Connection piece 13 is provided, to which a pressure hose, not shown here, can connect. Via the pressure hose and the connection piece 13, a flowable product can be introduced into the membrane valve 1 (see arrow 2).
  • a further connector 15 is provided that serves to receive a Luer lock adapter 16.
  • the adapter 16 is equipped with a dispensing needle 17 for dispensing the product. Accordingly, from the dispensing needle 17, the product (see arrow 3).
  • the valve channel 11 can be opened and closed by a metering membrane 20.
  • Dosing membrane 20 is arranged on a first side of the main housing 10, which corresponds in the representation of Figure 1 the right side. On the opposite side or the left side of the main housing 10, a compensation membrane 30 is provided.
  • Compensation membrane 30 limits the valve channel 11. However, it is unable to close the valve channel 11, so to stop a flow of the product through the valve channel.
  • the metering diaphragm 20 is disposed between the main housing 10 and a control housing 40 in which a control piston 41 is slidably disposed along an axis 4. Via a piston rod 42, the piston 41 is connected to a central region 21 of the dosing membrane 20. Via a connecting piece 43, a pressure hose (not shown) can be connected to the control housing 40, so that a pressure chamber 44 can be supplied with control air. The supply of the control air is indicated by an arrow 5.
  • control piston 41 When pressure is applied, the control piston 41 is moved from the closed position shown in Figure 1 to the right until it comes to a knob 45 to the plant.
  • the axial position of the knob 45 relative to the control housing 40 can be accurately adjusted by screwing the knob. By the knob 45 thus allows the maximum deflection of the
  • control piston 41 If the control piston 41 is now loaded with control air (arrow 5), the dosing membrane 20 leaves the closed position and a gap arises between the central region 21 and the closing surface IIa.
  • the resulting maximum gap width is proportional to the maximum stroke of the central region 21 and the control piston 41. Through the gap, the product can flow from the input 12 to the output 14 and ultimately discharged through the dispensing needle 17.
  • Pressure housing 50 is arranged, which forms a pressure chamber 51. Via a connecting piece 52, compressed air (see arrow 6) can be introduced into the pressure chamber 51.
  • compressed air see arrow 6
  • a connecting rod 60 is connected to the central region 21 of the metering chamber 20.
  • the connecting rod 60 is connected to a central region 31 of the compensation membrane 30.
  • Connecting rod 60 on an external thread which is bolted to the central region 31.
  • a Schaubkopf 61 the necessary torque for screwing can be introduced into the connecting rod 60.
  • Present connecting rod can be prepared in a simple manner based on a commercially available threaded screw. For this the thread of the
  • Threaded screw only at the free end of the threaded shaft a are turned.
  • the screw head 61 facing away from the end of the connecting rod 60 is applied only to the central region 21 of the dosing membrane 20.
  • the compressed air 6 in the pressure chamber 51 ensures that this system is also given when the central area 21 via the control piston 41 is deflected to the right.
  • the mere installation of the connecting rod 60 at the central region 21 makes a simple assembly and disassembly of the diaphragm valve 1 possible.
  • control piston 41 is supplied with control air 5.
  • the middle region 21 of the dosing membrane 20 and thus also the central region 31 of the compensation membrane 30 are moved to the right. This not only creates a gap between the closing surface IIa and the central region 21, but also results in a certain increase in volume of the valve channel 11. A simultaneous reduction in volume is due to the displacement of the central region 31 of the compensation membrane 30.
  • the Dosing membrane 20 and the compensation membrane 30 are of identical design and facing each other, the lift by the deflection of the central region 21st
  • the product for example, a low to medium viscosity UV curing adhesive or a low to medium viscosity cyanoacrylate adhesive
  • the product flows through the arrow 2
  • Valve channel in a first tubular section IIb is followed by a conical section 11c which is bounded by the dosing membrane 20 and in which the central region 21 is located.
  • the membrane valve 1 When the membrane valve 1 is opened, the gap between the middle region 21 of the metering membrane 20 and the closing surface IIa follows as seen in the flow direction.
  • the product flowing through the valve channel 11 then passes into a section lld, which runs parallel to the axis 4, is initially cylindrically shaped and then in the direction of
  • Compensating diaphragm 30 widened conically. From there, the product passes through a tubular portion lle, which runs substantially parallel to the section IIb, to the output 14th
  • the control housing 40 has a bore 46 through which the product can escape in the event of damage to the metering membrane 20 and which can allow pressure equalization of the back of the metering 20.
  • a further bore 47 is provided, which is provided with a thread and for fastening the
  • Diaphragm valve 1 is used.
  • the pressure housing 50 can be clamped with the interposition of the diaphragm 20, 30 and the main housing 10 with the control housing 40.
  • a gap 48 between the control piston 41 and the rotary knob can assume values of 0.05 to 0.6 mm, preferably 0.15 to 0.5 mm.
  • the gap corresponds to the maximum valve lift.
  • the product pressure can assume values between 0.1 and 7 bar and is preferably 0.2 to 4 bar.
  • valve channel (IIa to all parts of the valve channel)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Membranventil (1) zum Dosieren eines fließfähigen Produkts, umfassend ein Eingang (12) für das Produkt, ein Ausgang (14) für das Produkt und ein Ventilkanal (11), der sich zwischen Eingang (12) mit dem Ausgang (14) erstreckt; eine bewegbare Dosierungsmembran (20), die in einer Schließstellung den Ventilkanal (11) schließt, so dass Eingang (12) und Ausgang (14) fluidtechnisch voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Kompensationsmittel vorgesehen sind, die eine auf das Öffnen der Dosierungsmembran (20) zurückzuführende Volumenänderung des Ventilkanals (11) wenigstens zum Teil kompensiert. Vorzugsweise umfassen die Kompensationsmittel eine Kompensationsmembran (30), wobei das Volumen des Ventilkanals von der Stellung der Dosierungsmembran (20) unabhängig ist.

Description

Membranventil mit Verdrängungskompensierung
Die Erfindung betrifft ein Membranventil zur Dosierung eines fließfähigen Produkts, wobei das Membranventil einen Eingang für das Produkt, einen Ausgang für das Produkt sowie ein Ventilkanal umfasst, der sich zwischen dem Eingang mit dem Ausgang erstreckt. Des Weiteren umfasst das Membranventil eine Dosierungsmembran, die in einer Schließstellung den Ventilkanal schließt, so dass Eingang und Ausgang voneinander getrennt sind.
Ein derartiges Membranventil ist aus dem Stand der Technik bekannt. Über eine Steuerung mit Steuerluft lässt sich die Membran aus der Schließstellung in eine geöffnete Stellung überführen, um ein Dosierzyklus zu starten, bei dem das Produkt von dem Eingang zu dem Ausgang fließen und dort austreten kann. Während in der Schließstellung die Membran an einer feststehenden Schließkante oder Schließfläche anliegt und somit das Ventil schließt, ist bei geöffneter Stellung ein Spalt zwischen Dosierungsmembran und Schließkante/Schließfläche gegeben, durch den das Produkt dann fließen kann. Über die Spaltweite bzw. den maximalen Hub der Dosierungsmembran (Ventilhub) lässt sich der Volumenstrom des Produkts einstellen.
Ein großer Vorteil des Membranventils besteht darin, dass die Membran für eine besonders zuverlässige Abdichtung zwischen dem mit dem Produkt gefüllten Ventilkanal und der Steuerung bzw. der Umgebung sorgt. Dies führt zu sehr langen Standzeiten ohne jegliche Leckage. Ein bekanntes Einsatzgebiet für ein solches Membranventil ist die Dosierung von UV-aushärtenden Klebstoffen oder von Cyanacrylat-Klebstoffen.
Ein Nachteil besteht darin, dass beim Öffnen der Dosierungsmembran (Übergang von der
Schließstellung in die geöffnete Stellung) eine Volumenänderung im Ventilkanal stattfindet. Durch das Öffnen wird das Volumen des Ventilkanals vergrößert, wodurch der Beginn der Produktabgabe verzögert wird. Eine ähnliche Problematik ergibt sich beim Schließen der Dosierungsmembran. Durch das Schließen der Dosierungsmembran wird das Volumen des Ventilkanals verkleinert, wodurch ebenfalls das Ende der Produktabgabe verzögert wird bzw. durch einen gewissen Druckanstieg gekennzeichnet ist. Bei der Applizierung einer Klebstoffraupe kann dieses Verhalten dazu führen, dass der Startpunkt für die Klebstoff raupe nicht exakt getroffen wird und dass die Klebstoff raube am Ende eine größere Raupenbreite hinsichtlich der Breite am Beginn der Klebstoffraupe aufweist.
Um die Volumenänderung zu reduzieren, kann der Ventilhub reduziert werden. Dadurch wird die Nennweite des Ventils klein, was einen hohen Druckverlust zur Folge hat. Das Dosieren hochviskoser Flüssigkeiten ist dadurch stark eingeschränkt. Zudem ist ein höherer Flüssigkeitsdruck notwendig.
Eine andere Möglichkeit, die Dosierungs- oder Abgabequalität zu erhöhen, besteht in der
Verringerung der Öffnungs- und der Schließgeschwindigkeit des Membranventils mittels
Druckluftdrosseln für die Steuerluft. Dadurch wird aber das Einstellen des Membranventils komplizierter und dessen Schaltverhalten weniger wiederholgenau.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Membranventil bereit zu stellen, das eine genaue Dosierung des Produkts ermöglicht und sich einfach handhaben lässt. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination gemäß
Anspruch 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Das erfindungsgemäße Membranventil zeichnet sich dadurch aus, dass Kompensationsmittel vorgesehen sind, die eine auf das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende
Volumenänderung des Ventilkanals wenigstens zum Teil kompensieren. Ist beispielsweise das Öffnen der Dosierungsmembran mit einer Volumenvergrößerung des Ventilkanals verbunden, sorgen die Kompensationsmittel dafür, dass beim Öffnen der Dosierungsmembran gleichzeitig eine
Volumenreduzierung des Ventilkanals stattfindet, wobei bei einer Vollkompensation die
Volumenvergrößerung betraglich der Volumenreduzierung entspricht. Mit anderen Worten sorgen die Kompensationsmittel bei einer Vollkompensation dafür, dass sich das Volumen des Ventilkanals beim Öffnen der Dosierungsmembran nicht ändert. Aufgrund des konstanten Volumens beim Öffnen der Dosierungsmembran lässt sich der Anfang und das Ende der Produktabgabe bzw. der
Produktdosierung genauer einstellen. Bezogen auf die oben angesprochene Klebstoffraupe kann deren Startpunkt somit exakt eingehalten werden. Auch kann eine unerwünschte Vergrößerung der Raubenbreite am Ende der Klebstoffraupe vermieden werden. Entsprechend kann natürlich auch eine unerwünschte Verringerung der Raupenbreite am Anfang der Klebstoffraupe vermieden werden.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Kompensationsmittel so ausgelegt, dass die auf das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende Volumenänderung überkompensiert wird. Eine
Überkompensation führt dazu, dass das Volumen des Ventilkanals in Summe reduziert wird, wenn das Dosierungsmembran öffnet und sich bedingt durch das Öffnen der Dosierungsmembran eine Volumenvergrößerung im Ventilkanal ergibt. Jedoch ist die auf die Kompensationsmittel
zurückzuführende Volumenreduzierung betraglich größer, sodass in Summe das Volumen des Ventilkanals beim Öffnen der Dosierungsmembran reduziert wird.
Eine Überkompensation führt zu einer gewissen Druckerhöhung am Beginn der Produktabgabe. Diese Druckerhöhung hat sich bei hochviskosen Flüssigkeiten als besonders vorteilhaft erwiesen. Hierdurch lassen sich Scherkräfte innerhalb der Flüssigkeit besser überwinden, was zu einem exakteren Beginn des Fließens führt. Am Ende der Produkta bgabe, wenn die Dosierungsmembran schließt und bedingt durch die Überkompensation das Volumen des Ventilkanals in Summe erhöht wird, kann der Abriss des Produkts am Ausgang genauer eingestellt werden (Cut-off).
Beträgt beispielsweise die durch das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende
Volumenänderung des Ventilkanals 100 %, so kann die auf die Kompensationsmittel
zurückzuführende Volumenänderung bei besagter Überkompensation betraglich Werte von 100 bis 150 %, bevorzugt 110 bis 130 % annehmen. Bei einer Teilkompensation kann die auf die
Kompensationsmittel zurückzuführende Volumenänderung 50 bis 100 %, bevorzugt 60 bis 80 % betragen.
Die durch das Öffnen bedingte Volumenänderung des Ventilkanals kann Werte zwischen 1,25 mm3 und 15 mm3, bevorzugt zwischen 3,75 und 12 mm3 annehmen.
Die Kompensationsmittel können eine Kompensationsmembran umfassen. In einem
Ausführungsbeispiel ist diese im Wesentlichen baugleich zu der Dosierungsmembran. Die Verwendung baugleicher Membrane für die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen Membranventils.
Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können jeweils eine kreisrunde
Membranfläche aufweisen. Vorzugsweise sind Dosierungsmembran und Kompensationsmembran jeweils um eine Mittelachse rotations-symmetrisch aufgebaut. Der Rotationssymmetrie sollen Bohrungen oder Öffnungen in der Membran nicht entgegenstehen, die für Befestigungsmittel wie Schrauben oder dergleichen vorgesehen sind, um die Membran an anderen Bauteilen des
Membranventils zu befestigen.
In einem Ausführungsbeispiel stehen sich die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran gegenüber. Soweit Dosierungsmembran und Kompensationsmembran jeweils eine kreisrunde Membranfläche aufweisen und im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut sind, können dabei die Mittelachse von der Dosierungsmembran und die Mittelachse der Kompensationsmembran koaxial angeordnet sein. Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können dabei zu einer Mittelebene, die einen jeweils gleichen Abstand zu der Dosierungsmembran und der
Kompensationsmembran aufweist und sich senkrecht zu den koaxial angeordneten Mittelachsen der Membrane erstreckt, spiegelsymmetrisch angeordnet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Membrane mit gleicher Ausrichtung hintereinander anzuordnen.
Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können durch Verbindungsmittel vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden sein. Die Verbindungsmittel sind dabei so ausgelegt, dass eine Bewegung der Dosierungsmembran auf die Kompensationsmembran verzögerungsfrei übertragen wird. Bewegt sich beispielsweise ein mittlerer Punkt der
Dosierungsmembran bei dem Übergang von der Schließstellung in die geöffnete Stellung um einen gewissen Betrag, so können die Verbindungsmittel dafür sorgen, dass sich ein mittlerer Punkt der Kompensationsmembran ebenfalls um diesen Betrag bewegt. Die Bewegung der
Dosierungsmembran bzw. die Bewegung der Kompensationsmembran bezieht sich somit auf die Bewegung eines bestimmten Punktes der Membran oder eines bestimmten Bereiches der Membran. Es ist auch denkbar, dass die Verbindungsmittel beispielsweise über eine Hebelkonstruktion bei gegebener Bewegung der Dosierungsmembran verzögerungsfrei die Bewegung der
Kompensationsmembran verstärken bzw. abschwächen. Bevorzugt ist jedoch eine Übertragung der Bewegung der Dosierungsmembran auf die Kompensationsmembran ohne Verstärkung- oder Abschwächungsfaktor.
In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Verbindungsmittel eine Verbindungsstange, die sich von der Dosierungsmembran zur Kompensationsmembran erstreckt. Die Verbindungsstange ist dabei mit einem ersten Ende mit der Dosierungsmembran und mit einem zweiten Ende mit der
Kompensationsmembran verbunden. Eine einfache Anlage eines der Enden der Verbindungsstange an einer der Membrane kann beispielsweise eine solche Verbindung darstellen.
Die Verbindungsmittel können Druckmittel umfassen, durch die die Kompensationsmembran (bzw. Teile davon) in Richtung der Dosierungsmembran gedrückt wird. Die Verbindungsstange zwischen Dosierungsmembran und Kompensationsmembran fungiert dabei als Druckstange, die die
Dosierungsmembran auf konstanten Abstand hält zur Kompensationsmembran. Die Druckmittel sorgen dafür, dass die als Druckstange fungierende Verbindungsstange immer an der
Dosierungsmembran bzw. an der Kompensationsmembran anliegt. Die Druckmittel können eine Schraubenfeder aufweisen, die den erforderlichen Druck auf die Dosierungsmembran ausübt. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Druckmittel eine Druckkammer, die mit Druckluft beaufschlagt werden kann, wobei die Dosierungsmembran die Druckkammer begrenzt. Der in der Druckkammer herrschende Druck sorgt dafür, dass die
Dosierungsmembran in Richtung der Kompensationsmembran gespannt ist und sich an der Verbindungsstange a bstützt, die sich wiederum an der Dosierungsmembran abstützt.
Die Dosierungsmembran kann mit einer Kolbenstange eines Steuerkolbens verbunden sein. Der Steuerkolben ist bewegbar gelagert und lässt sich vorzugsweise durch pneumatischen Druck (Steuerluft) bewegen. Wird durch die Steuerluft Steuerkolben von einer Ruhestellung in eine Endposition gedrückt, so ändert sich auch die Position des Punkts bzw. des Bereichs der
Dosierungsmembran, der mit der Kolbenstange verbunden ist. Eine Bewegung des Steuerkolbens führt somit zu einer verzögerungsfreien Bewegung der Dosierungsmembran bzw. des
entsprechenden Verbindungspunktes oder des entsprechenden Verbindungsbereiches.
Die Kolbenstange und die die beiden Membrane verbindende Verbindungsstange können auf einer gemeinsamen Achse liegen. Eine axiale Bewegung des Steuerkolbens in eine Richtung kann somit zu einer Bewegung der Dosierungsmembran und zu einer Bewegung der Kompensationsmembran in jeweils die gleiche Richtung führen.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Membranventils;
Figur 2 eine Seitenansicht des Membranventils der Figur 1; und
Figur 3 eine perspektivische Schnittansicht des Membranventils der Figur 1.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Membranventil in verschiedenen Ansichten. Das Membranventil ist in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Das Membranventil umfasst ein
Hauptgehäuse 10, in dem ein Ventilkanal 11 eingeformt ist. An einem Eingang 12 ist ein
Anschlussstück 13 vorgesehen, an den sich ein hier nicht dargestellter Druckschlauch anschließen kann. Über den Druckschlauch und das Anschlussstück 13 lässt sich ein fließfähiges Produkt in das Membranventil 1 einleiten (siehe Pfeil 2).
An einem Ausgang 14 ist ein weiteres Anschlussstück 15 vorgesehen, dass zur Aufnahme eines Luer- Lock-Adapters 16 dient. Der Adapter 16 ist mit einer Dosiernadel 17 zur Abgabe des Produkts ausgestattet ist. Entsprechend tritt aus der Dosiernadel 17 das Produkt (siehe Pfeil 3).
Der Ventilkanal 11 lässt sich durch eine Dosierungsmembran 20 öffnen und schließen. Die
Dosierungsmembran 20 ist an einer ersten Seite des Hauptgehäuses 10 angeordnet, die in der Darstellung der Figur 1 der rechten Seite entspricht. An der gegenüberliegenden Seite bzw. der linken Seite des Hauptgehäuses 10 ist eine Kompensationsmembran 30 vorgesehen. Die
Kompensationsmembran 30 begrenzt den Ventilkanal 11. Sie ist jedoch nicht imstande, den Ventilkanal 11 zu schließen, also einen Durchfluss des Produkts durch den Ventilkanal zu stoppen. Die Dosierungsmembran 20 ist zwischen dem Hauptgehäuse 10 und einem Steuergehäuse 40 angeordnet, in dem ein Steuerkolben 41 entlang einer Achse 4 verschiebbar angeordnet ist. Über eine Kolbenstange 42 ist der Kolben 41 mit einem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 verbunden. Über ein Anschlussstück 43 lässt sich ein Druckschlauch (nicht dargestellt) an dem Steuergehäuse 40 anschließen, sodass eine Druckkammer 44 mit Steuerluft beaufschlagt werden kann. Die Zufuhr der Steuerluft ist durch einen Pfeil 5 gekennzeichnet.
Bei Druckbeaufschlagung wird der Steuerkolben 41 von der in Figur 1 dargestellten Schließstellung nach rechts bewegt, bis er an einem Drehknopf 45 zur Anlage kommt. Die axiale Position des Drehknopfes 45 bezogen auf das Steuergehäuse 40 kann durch Schrauben des Drehknopfes genau eingestellt werden. Durch den Drehknopf 45 lässt sich somit die maximale Auslenkung des
Steuerkolbens 41 festlegen. Da der Steuerkolben 41 über die Kolbenstange 42 mit dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 verbunden ist, legt die axiale Position des Drehknopfs 45 auch die maximale Auslenkung oder den maximalen Hub des mittleren Bereichs 21 der
Dosiermembran fest.
In der in Figur 1 dargestellten Stellung der Dosierungsmembran 20 liegt der mittlere Bereich 21 an einer kegelförmigen Schließfläche IIa des Ventilkanals 11 an. Der mittlere Bereich 21 trennt somit fluidtechnisch den Eingang 12 von dem Ausgang 14.
Wird nun der Steuerkolben 41 mit Steuerluft (Pfeil 5) beaufschlagt, verlässt die Dosierungsmembran 20 die Schließstellung und es entsteht ein Spalt zwischen dem mittleren Bereich 21 und der Schließfläche IIa. Die dabei sich ergebende maximale Spaltweite ist dabei proportional zum maximalen Hub des mittleren Bereichs 21 bzw. des Steuerkolbens 41. Durch den Spalt kann das Produkt von dem Eingang 12 zu dem Ausgang 14 fließen und letztlich über die Dosiernadel 17 abgegeben werden.
An einer dem Hauptgehäuse 10 abgewandten Seite der Kompensationsmembran 30 ist ein
Druckgehäuse 50 angeordnet, die eine Druckkammer 51 ausbildet. Über ein Anschlussstück 52 lässt sich Druckluft (siehe Pfeil 6) in die Druckkammer 51 einleiten. Auf den Zweck der
Druckbeaufschlagung der Kompensationsmembran 30 wird später eingegangen.
Zwischen der Kompensationsmembran 30 und der Dosierungsmembran 20 erstreckt sich eine Verbindungsstange 60. An einem Ende ist die Verbindungsstange 60 mit dem mittleren Bereich 21 der Dosierungskammer 20 verbunden. An einem anderen Ende ist die Verbindungsstange 60 mit einem mittleren Bereich 31 der Kompensationsmembran 30 verbunden. Dazu weist die
Verbindungsstange 60 ein Außengewinde auf, das sich mit dem mittleren Bereich 31 verschraubt ist. Über einen Schaubkopf 61 lässt sich das für das Verschrauben notwendige Drehmoment in die Verbindungsstange 60 einleiten. Vorliegende Verbindungsstange kann in einfacher Weise auf Basis einer handelsüblichen Gewindeschraube hergestellt werden. Dazu muss das Gewinde der
Gewindeschraube lediglich am freien Ende des Gewindeschafts a bgedreht werden.
Das dem Schraubenkopf 61 abgewandte Ende der Verbindungsstange 60 liegt lediglich an dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 an. Die Druckluft 6 in der Druckkammer 51 sorgt dafür, dass diese Anlage auch gegeben ist, wenn über den Steuerkolben 41 der mittlere Bereich 21 nach rechts ausgelenkt wird. Die bloße Anlage der Verbindungsstange 60 an dem mittleren Bereich 21 macht eine einfache Montage und Demontage des Membranventils 1 möglich.
Um die Abgabe des Produkts zu starten, wird der Steuerkolben 41 mit Steuerluft 5 beaufschlagt. Der mittlere Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 und somit auch der mittlere Bereich 31 der Kompensationsmembran 30 werden nach rechts bewegt. Dabei entsteht nicht nur ein Spalt zwischen der Schließfläche IIa und dem mittleren Bereich 21, sondern es kommt auch zu einer gewissen Volumenvergrößerung des Ventilkanals 11. Eine gleichzeitige Volumenreduzierung entsteht durch die Verschiebung des mittleren Bereichs 31 der Kompensationsmembran 30. Im vorliegenden Fall, in dem die Dosierungsmembran 20 und die Kompensationsmembran 30 baugleich ausgebildet sind und sich gegenüberstehen, heben sich die durch die Auslenkung des mittleren Bereichs 21
hervorgerufene Volumenvergrößerung und die durch die Auslenkung des mittleren Bereich 31 hervorgerufene Volumenreduzierung des Ventilkanals 11 auf, sodass in Summe das Volumen unabhängig von der Stellung des Steuerkolbens 41 gleich bleibt. Somit können die oben
beschriebenen Effekte, die bei einem Membranventil ohne Kompensationsmembran auftreten können (verzögerter Startpunkt der Abgabe, Erhöhung und/oder verzögertes Ende der
Produktabgabe) vermieden werden.
Bei Abgabe fließt das Produkt (zum Beispiel ein nieder- bis mittelviskoser UV-aushärtender Klebstoff oder ein nieder- bis mittelviskoser Cyanacrylat-Klebstoff) gemäß dem Pfeil 2 durch das
Anschlussstück 13 und den Eingang 12 bei der hier gezeigten besonderen Ausführung des
Ventilkanals in ein erstes rohförmiges Teilstück IIb. Dem Teilabschnitt IIb folgt ein in kegelförmiges Teilstück 11c, das durch die Dosierungsmembran 20 begrenzt wird und in dem sich der mittlere Bereich 21 befindet. Bei geöffnetem Membranventil 1 folgt in Durchflussrichtung gesehen der Spalt zwischen dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 und der Schließfläche IIa. Das durch den Ventilkanal 11 strömende Produkt gelangt danach in einen Teilabschnitt lld, der parallel zur Achse 4 verläuft, zunächst zylindrisch geformt ist und sich dann in Richtung der
Kompensationsmembran 30 kegelförmig ausweitet. Von dort gelangt das Produkt über ein rohrförmiges Teilstück lle, welches im Wesentlichen parallel zum Teilstück IIb verläuft, zum Ausgang 14.
Das Steuergehäuse 40 weist eine Bohrung 46 auf, durch die das Produkt im Falle einer Beschädigung der Dosierungsmembran 20 entweichen kann und welche einen Druckausgleich der Rückseite der Dosiermembran 20 ermöglichen kann. Im Steuergehäuse 40 gegenüberliegend ist eine weitere Bohrung 47 vorgesehen, die mit einem Gewinde versehen ist und zur Befestigung des
Membranventils 1 dient. Mittels Schrauben 70 (siehe Figuren 2 und 3), die sich parallel zur Achse 4 erstrecken, lässt sich das Druckgehäuse 50 unter Zwischenschaltung der Membrane 20, 30 und dem Hauptgehäuse 10 mit dem Steuergehäuse 40 verspannen.
Bei geschlossenem Membranventil 1 (Schließstellung der Dosierungsmembran 20) kann ein Spalt 48 zwischen Steuerkolben 41 und Drehknopf Werte von 0,05 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,15 bis 0,5 mm annehmen. Der Spalt entspricht dabei dem maximalen Ventilhub. Der Produktdruck kann Werte zwischen 0,1 und 7 bar annehmen und beträgt bevorzugt 0,2 bis 4 bar. Bezugszeichenliste
1 Membranventil
2 Pfeil (Produkt)
3 Pfeil (Produkt)
4 Achse
5 Pfeil (Steuerluft)
6 Pfeil (Druckluft)
10 Hauptgehäuse
11 Ventilkanal (IIa bis lle Teile des Ventilkanals)
12 Eingang
13 Anschlussstück
14 Ausgang
15 Anschlussstück
16 Luer-Lock-Adapter
17 Dosiernadel
20 Dosierungsmembran
21 mittlerer Bereich
30 Kompensationsmembran
31 mittlerer Bereich
40 Steuergehäuse
41 Steuerkolben
42 Kolbenstange
43 Anschlussstück
44 Druckraum
45 Drehknopf
46 Bohrung
47 Bohrung
48 Spalt
50 Druckgehäuse
51 Druckkammer
52 Anschlussstück
60 Verbindungsstange
61 Schraubkopf

Claims

Patentansprüche
1. Membranventil (1) zum Dosieren eines fließfähigen Produkts, umfassend ein Eingang (12) für das Produkt, ein Ausgang (14) für das Produkt und ein Ventilkanal (11), der sich zwischen Eingang (12) mit dem Ausgang (14) erstreckt; eine bewegbare Dosierungsmembran (20), die in einer
Schließstellung den Ventilkanal (11) schließt, so dass Eingang (12) und Ausgang (14) fluidtechnisch voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Kompensationsmittel vorgesehen sind, die eine auf das Öffnen der Dosierungsmembran (20) zurückzuführende Volumenänderung des
Ventilkanals (11) wenigstens zum Teil kompensiert.
2. Membranventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel die Volumenänderung überkompensiert.
3. Membranventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kompensationsmittel eine Kompensationsmembran (30) umfassen.
4. Membranventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierungsmembran (20) und die Kompensationsmembran (30) im Wesentlichen baugleich sind.
5. Membranventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dosierungsmembran (20) und die Kompensationsmembran (30) jeweils eine kreisrunde
Membranfläche aufweisen.
6. Membranventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierungsmembran (20) und die Kompensations-membran (30) sich gegenüberstehen.
7. Membranventil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierungsmembran (20) und die Kompensationsmembran (30) durch Verbindungsmittel verbunden sind, die ausgelegt sind, eine Bewegung der Dosierungsmembran (20) auf die
Kompensationsmembran (30) verzögerungsfrei zu übertragen.
8. Membranventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel eine Verbindungsstange (60) umfassen, die sich von der Dosierungsmembran (20) zur
Kompensationsmembran (30) er-streckt.
9. Membranventil (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbindungsmittel Druckmittel umfassen, durch die die Kompensationsmembran (30) in Richtung der Dosierungsmembran (20) gedrückt wird.
10. Membranventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierungsmembran (20) mit einer Kolbenstange (42) eines mit Steuerluft beaufschlagbaren Steuerkolbens (41) verbunden ist.
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