DE19542797A1 - Dosierventil für dünn- bis zähflüssige Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil für dünn- bis zäh­ flüssige Medien, umfassend ein Schußventil, das für die Zu­ führung des Mediums in eine Mischkammer vorgesehen ist, und ein Rezirkulationsventil, das für die Zurückführung des Me­ diums in einen Vorratsbehälter vorgesehen ist, wobei entwe­ der das Schußventil oder das Rezirkulationsventil geöffnet ist, wobei sich das Schußventil und das Rezirkulationsventil in einem gemeinsamen Gehäuse befinden, wobei die Druckkam­ mern des Schußventils und des Rezirkulationsventils über ei­ ne Verbindungskammer miteinander verbunden sind.

Derartige Dosierventile für dünn- bis zähflüssige Medien werden insbesondere in der Kunststoffverarbeitung verwendet, wo es darum geht, Ein- bis Mehrkomponentengemische in einem Mischkopf herzustellen. Bei diesen Dosierventilen wird eine vom Medium durchströmte Druckkammer verwendet, in der eine Ventilnadel verschiebbar angeordnet ist. Die Verschiebung ist vom Druck des Mediums abhängig. Das der Ventilöffnung gegenüberliegende Ende der Ventilnadel ist fest mit einer Membrane verbunden, an deren anderer Seite ein axial ver­ schiebbares Führungsstück anliegt, dessen Verschiebung in Abhängigkeit vom Druck eines hydraulischen oder pneumati­ schen Steuermediums steuerbar ist. Das andere Ende der Nadel ist als Spitze ausgebildet und taucht in eine in der Druck­ kammer angeordnete Ventilöffnung ein, wobei das Dosierventil als Schuß- oder als Rezirkulationsventil in einer Medium­ strömung liegt.

Ein Dosierventil mit dem eingangs genannten Aufbau ist in der DE 42 35 849 A1 beschrieben. Um möglichst geringe Gehäu­ seabmessungen vorzusehen, ist das Dosierventil als Kombina­ tionsventil ausgebildet, bei dem in einem gemeinsamen Ge­ häuse das Schuß- und das Rezirkulationsventil angeordnet sind, deren Druckkammern durch eine gemeinsame Verbindungs­ kammer verbunden sind. Die Mediumzuleitung in das Dosierven­ til ist im Bereich der erweiterten Bohrung des Schußventils vorgesehen. In der Schußphase, während der das Schußventil geöffnet und das Rezirkulationsventil geschlossen ist, strömt das Medium direkt zur Ventilöffnung und durch diese in die Mischkammer. In der Rezirkulationsphase, während der das Rezirkulationsventil geöffnet und das Schußventil ge­ schlossen ist, strömt das Medium über die Verbindungskammer in das Rezirkulationsventil und durch dessen Ventilöffnung in die Rezirkulationsleitung zum Vorratsbehälter.

In der Rezirkulationsphase ist der Rezirkulationsdruck durch Verluste wie z. B. Reibung, etc. in der Rezirkulationsleitung höher als in der Schußphase. Dies liegt daran, daß die Do­ sierung praktisch direkt, ohne große Leitungslängen in eine drucklose Kammer erfolgt. Entsprechend ist der Gegendruck im Dosierventil verhältnismäßig unkritisch, während der Druck im Rezirkulationsventil zur Vermeidung einer Überbeanspru­ chung und Zerstörung des Ventils nicht zu hoch werden darf.

Bei einer Ventilanordnung nach dem französischen Zusatzpa­ tent 95 764 zum Hauptpatent 1 435 013 ist eine zu dem Rezir­ kulationsventil führende Rezirkulationsleitung von der Zu­ leitung zum Schußventil abgezweigt.

Aus der DE 28 55 916 und der DE 34 31 112 ist weiter eine Ventilanordnung bekannt, bei der die Mediumzuleitung beim Schußventil in dessen Ventilkammer vorgesehen ist. Von dort verläuft in der Schußphase der Mediumstrom durch das Schuß­ ventil in die Mischkammer. In der Rezirkulationsphase strömt das Medium durch einen Verbindungskanal in die Kammer des Rezirkulationsventils und durch dessen Ventilöffnung und die Rezirkulationsleitung in den Vorratsbehälter.

Die Mediumführung durch zwei Ventilkammern führt zu Strö­ mungsverlusten und damit ggf. dazu, daß der Förderdruck er­ höht werden muß mit dem Nachteil einer höheren Beanspruchung der Ventilteile in der Rezirkulationsphase.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, möglichst kurze Strömungswege für das Medium in der Ventilanordnung vorzuse­ hen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Dosierventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Wei­ terbildung des erfindungsgemäßen Dosierventils ist Gegen­ stand des Anspruchs 2.

Ein erfindungsgemäßes Dosierventil für dünn- bis zähflüssige Medien umfaßt somit ein Schußventil, das für die Zuführung des Mediums in eine Mischkammer vorgesehen ist, und ein Re­ zirkulationsventil, das für die Zurückführung des Mediums in einen Vorratsbehälter vorgesehen ist. Es ist jeweils entwe­ der das Schußventil oder das Rezirkulationsventil geöffnet. Das Schußventil und das Rezirkulationsventil befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse, und die Druckkammern des Schußventils und des Rezirkulationsventils sind über eine Verbindungskammer miteinander verbunden. Die Mediumzuleitung ist beim Rezirkulationsventil in die Verbindungskammer vor­ gesehen.

Die Mediumführung bei dem erfindungsgemäßen Kombinations-Do­ sierventil ist wie folgt: Im Rezirkulationsbetrieb wird das Ventil über die beim Rezirkulationsventil befindliche Zulei­ tungsbohrung angeströmt. Die Ventilnadel des Schußventils versperrt dessen Düsenbohrung. Die Ventilnadel des Rezirku­ lationsventils ist offen und legt den Weg durch dessen Dü­ senbohrung frei. Das Medium strömt in die Ventilkammer des Rezirkulationsventils und verläßt dort durch eine weitere Bohrung das Dosierventil. Wird das Dosierventil in den Do­ sierbetrieb umgeschaltet, wird die Düsennadel des Rezirkula­ tionsventils nach vorne geschoben und die Düsenbohrung da­ durch verschlossen. Gleichzeitig wird über die Nadel das Schußventil auf Durchlaß geschaltet und dessen Düsenbohrung geöffnet. Das Medium strömt zwar wiederum durch die Zulei­ tungsbohrung in das Dosierventil ein, kann jedoch nicht durch die Düsenbohrung des Rezirkulationsventils entweichen und strömt daher über die Verbindungskammer in das Schuß­ ventil und durch dessen Düsenbohrung aus dem Dosierventil heraus.

Bei dem erfindungsgemäßen Dosierventil wird in der Rezirku­ lationsphase die Verbindungskammer nicht durchströmt, son­ dern es wird vielmehr nur das dafür benötigte Rezirkulati­ onsventil durchströmt, d. h. die von dem Medium durchströmte Strecke ist kürzestmöglich. Die Strömungs- bzw. Druckverlu­ ste in der Rezirkulationsphase sind so vorteilhaft herabge­ setzt. Es kann so mit weniger Druck gearbeitet werden, wo­ durch die Ventilteile geschont werden. Die Anordnung des er­ findungsgemäßen Dosierventils gestattet es, entweder bei gleicher Viskosität größere Mediummengen zu verarbeiten oder bei gleichen Mengen Medien mit größeren Viskositäten zu ver­ arbeiten. Dabei ist es durch das erfindungsgemäße Dosierven­ til erstmals möglich, auch dickflüssige Medien in erhöhten Mengenbereichen zu verarbeiten.

Vorteilhaft sind das Schußventil und das Rezirkulationsven­ til parallel in einem Mediumstrom geschaltet.

Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels und der Zeichnung erläutert. Diese Erläute­ rung dient indessen lediglich zu Veranschaulichungszwecken und soll als die Erfindung nicht einschränkend ausgelegt werden.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kombinations-Dosierventil und

Fig. 2 ein Fließschema dieses Ventils.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Im wesentlichen besteht das Kombinations-Dosierventil 1 aus zwei parallel zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Dosier­ ventilen, wobei ein unteres Schußventil 5 parallel zu einem oberen Rezirkulationsventil 6 angeordnet ist. Beide Ventile 5, 6 sind über eine gemeinsame Verbindungskammer 27 mitein­ ander verbunden. Damit ergeben sich wesentliche Vorteile, denn über diese Verbindungskammer 27 wird die Druckkammer 3 des Schußventils 5 mit der Druckkammer 4 des Rezirkulations­ ventils 6 verbunden. Es gibt daher keine Queranschlüsse, die dazu führen, daß beim Lösen des Gehäuses des Kombinations- Dosierventils von einem Mischkopf in unerwünschter Weise das Medium ausläuft.

In die Verbindungskammer 27 mündet eine Mediumöffnung (Me­ diumeinlaß) 28, die in der Zeichnungsebene der Abbildung an­ geordnet ist, wobei der daran ansetzende Zulaufschlauch auf­ geschraubt bleibt.

In die Druckkammer 4 des Rezirkulationsventils 6 mündet eine Querbohrung (die senkrecht zur Zeichnungsebene angeordnet ist), an der ein Abflußschlauch für die Rezirkulationslei­ tung angeschlossen ist.

Das Gehäuse des Kombinations-Dosierventils besteht aus mehreren Teilen. Ein hinteres Gehäuse 2 ist mit einem mittleren Gehäuse 7 verbunden, welches wiederum in seinem vorderen Bereich mit einem Gehäuse 29 verbunden ist, in dem die Ventilöffnungen 9, 9a angeordnet sind.

Nachdem erfindungsgemäß das Schußventil 5 identisch mit dem Rezirkulationsventil 6 ist, genügt es für die folgende Be­ schreibung, lediglich die Funktion des Schußventils im ein­ zelnen zu erläutern. Beim Rezirkulationsventil 6 sind die gleichen Teile mit den Bezugszeichen "a" ergänzt, wobei der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber nicht alle Teile mit Bezugszeichen versehen wurden, weil diese Teile mit der Beschreibung des Schußventils 5 erläutert werden.

Das Schußventil 5 weist eine Ventilnadel 10 auf, deren spitze in eine Blende 8 eintaucht, die eine Ventilöffnung 9 ausbildet. Die Rückseite der Ventilnadel 10 ist über einen entsprechenden Halter mit einer durchgehenden Membran 12 verbunden. Im Innenraum der Druckkammer 3 ist eine Feder 11 angeordnet, die sich an der einen Seite an dem Druckstück der Ventilnadel 10 abstützt und mit ihrer anderen Seite an der Innenseite der Druckkammer 3. Diese Feder 11 gewährleistet, daß auch bei geringen Drücken in der Druckkammer 3 die Ventilnadel 10 öffnen kann.

Die Feder 11 hat also nur die Aufgabe, die Reibung, die aus den jenseits der Membran 12 angeordneten Führungselementen entsteht, zu beseitigen.

An der Rückseite der Membran 12 sitzt ein die Membran durchbre­ chendes Führungsstück 13 auf, welches mit einem federbelasteten Verschiebemechanismus angedrückt wird. Dieser Verschiebemechanis­ mus besteht aus einer in der Innenseite des Führungsstücks 13 angeordneten Kugel 14, die über ein Druckstück 15 zentrisch auf das Führungsstück 13 preßt. Dem Druckstück 15 gegenüberliegend in einer inneren Kammer 19 ist ein weiteres Druckstück 18 angeord­ net, wobei beide Druckstücke durch eine Druckfeder 16 auseinander­ gedrückt werden. Im Innenraum der Druckfeder 16 ist ein Stößel 17 angeordnet, der mit seinem einen Ende, beispielsweise mit dem linken Druckstück 15, verbunden ist und der bei vollständig zusammengeschobener Druckfeder 16 als Anschlagbegrenzung gemäß der Abbildung an dem rechten Druckstück 18 anschlägt.

Bei dem oben gezeigten Rezirkulationsventil 6 ist hierbei die Feder 16a auseinandergezogen, so daß erkennbar ist, daß der dortige Stößel 17a von dem rechten Druckstück 18a freigekommen ist.

Die Verschiebung des rechten Druckstücks 18 ist dadurch einstellbar, daß auf dieses Druckstück 18 eine Gewindeschraube 21 aufsetzt, die mit Hilfe einer Konterschraube 22 verstellbar in einer Gewindebohrung des Gehäuses sitzt.

In einer zweiten, äußeren Kammer 26 sitzt eine Rückstellfeder 20, die sich einerseits an einer festen Gehäusekante abstützt und die andererseits an der Innenseite eines verschiebbaren Druckkolbens 23 anliegt und diesen in seine Ruhestellung zurückschiebt.

Wichtig ist, daß die Kammern 19 und 26 unter Atmosphärendruck stehen, damit die Druckregelung im Bereich der Membran 12 nicht beeinträchtigt wird.

Der Druckkolben 23 stützt sich mit seiner Innenseite an einem axialen Ansatz 30 des Führungsstückes 13 ab, wobei mehrere Ansätze 30 radial am Umfang verteilt des Führungsstückes 13 angeordnet sind, um eine gleichmäßige Druckbelastung des Führungsstückes 13 in axialer Richtung zu gewährleisten.

Der Druckkolben 13 ist hierbei in einer Druckkammer 25 unter Einfluß eines Druckmediums verschiebbar angeordnet, welches Druckmedium über eine Einlaßbohrung 24 in die Kammer 25 ein­ strömt und wieder über die Einlaßbohrung 24 ausströmt.

An der Einlaßbohrung 24 ist ein Drei/Zwei-Wegeventil ange­ ordnet, welches die entsprechende Steuerluft gesteuert in die Einlaßbohrung 24 einläßt.

In der eingezeichneten Stellung ist das Schußventil 5 geöffnet, weil die Ventilnadel 10 mit ihrer Spitze außerhalb des Eingriffs mit der Ventilöffnung 9 ist.

Hierbei ist der Druckkolben 23 nach hinten gefahren und an der Einlaßbohrung 24 liegt kein Druckmedium an. Die Rückstell­ feder 20 hält den Druckkolben 23 in seiner zurückgezogenen Stellung.

Über die Konterschraube 22 und die axiale Stellung der Gewinde­ schraube 21 mit der gehäusefesten Gewindebohrung ist das Druckstück 18 um einen bestimmten Verschiebungsweg fest ein­ gestellt, verschoben und drückt mit der dadurch erzeugten Federkraft der Feder 16 über das Druckstück 15 auf das Führungs­ stück 13, welches eine dementsprechende Druckkraft an der Rückseite der Membran 12 erzeugt. An der Vorderseite der Membran wirkt in der Druckkammer 3 der Druck des zu dosierenden Mediums. Dieses Medium fließt in der eingezeichneten Stellung durch die Ventilöffnung 9 nach außen, z. B. in eine Mischkammer.

Während dieser Zeit wirkt die Druckluft auf die Einlaßbohrung 24a des Rezirkulationsventils 6, welches dementsprechend ge­ schlossen ist, weil die Ventilnadel 10a sich in der Ventil­ öffnung 9a befindet und diese abdichtet. Das Druckmedium steht damit in der Verbindungskammer 27 an, kann aber nicht über das geschlossene Ventil in die Druckkammer 4 des Rezirkulations­ ventils fließen. Während dieses Schußbetriebes besteht ein Gleichgewichtszustand zwischen den Kräften in der Druckkammer 3 und der Kraft, welche von dem Führungsstück 13 auf die Rückseite der Membran 12 aufgebracht wird. Evtl. Druckstöße in der Druckkammer 37 die auf das Medium wirken, werden durch die Verschiebung der Membran 12 ausgeglichen. Vorstehend wurde der Schußbetrieb beschrieben. Nachstehend wird der Rezirkulationsbetrieb beschrieben.

In analoger Weise wird im Rezirkulationsbetrieb über die Einlaßbohrung 24 ein Druckmedium aufgegeben, welches den Druckkolben 23 nach links verschiebt, so daß über die er­ wähnte Drucksteuerung und das Führungsstück 13 die Ventil­ nadel 10 nach links verschoben wird und die Ventilöffnung 9 verschlossen wird.

Es wird gleichzeitig das Druckmedium von der Einlaßbohrung 24a des Rezirkulationsventils 6 entfernt und damit verschiebt sich der obere Kolben 23a unter Einwirkung der Rückstellfeder 20a in seine rechte Endlage, wodurch die Ventilnadel 10a außer Eingriff mit der Ventilöffnung 9a kommt und ein Durchgang zwischen der Verbindungskammer 27 und der Druckkammer 4 ge­ schaffen wird. Auch hier stellt sich wieder ein Gleichgewicht zwischen der Druckkraft in der Verbindungskammer 27 und der Federkraft an der Rückseite der oberen Membran 12a ein. Es findet also auch eine Druckregelung im Rezirkulations­ betrieb statt.

Damit ist es nun in einfacher Weise möglich, durch Verstellung der Konterschraube und damit Verstellung der jeweiligen Gewindeschraube 21, 21a eine Druckgleichheit zwischen dem Schußbetrieb und dem Rezirkulationsbetrieb zu erreichen. D.h. die beiden Gewindeschrauben werden so eingestellt, daß der gleiche Steuerdruck der Verbindungskammer 27a sowohl beim Schußbetrieb als auch beim Rezirkulationsbetrieb eintritt.

Damit werden Verzögerungen beim Übergang vom schußbetrieb in den Rezirkulationsbetrieb oder umgekehrt, vermieden, weil die beiden Ventile 5, 6 über eine kurze Verbindungskammer 27 miteinander in Verbindung stehen und keine langen, kompressib­ len Verbindungsleitungen dazwischengeschaltet sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Drucksteuerung ist, daß der öffnungsquerschnitt zwischen der spitze der Ventil­ nadel 10 bzw. 10a und der zugeordneten Ventilöffnung 9 bzw. 9a immer angepaßt ist an die jeweilige Fließgeschwindig­ keit es Mediums. Die Nadel macht also nur soweit auf, bis die erforderliche Materialmenge durchkommt, weil die Druck­ regelung im Bereich der Membran durch das Führungsstück genau diesen Zustand einstellt. Ein normales Ventil würde von einer Endlage in die andere schalten, und dadurch würde ein Pump­ effekt der Ventilnadel erzielt werden, was in unerwünschter Weise zu einem vermehrten stoßweisen Ausschieben von Material über die geöffnete Ventilöffnung 9 bzw. 9a führen würde.

Dies wird bei dem Ventil vermieden, weil die Drucksteuerung im Bereich der Membran immer dafür sorgt, daß die Ventilnadel die Ventilöffnung nur soweit freigibt, wie es der Fließ­ geschwindigkeit und den Druckverhältnissen in der Druck­ kammer 3 entspricht.

Ein Druckanstieg in der Druckkammer 3 führt nämlich zu einer Druckbelastung der Membran 12, die nach rechts in der Ab­ bildung ausweicht und damit wird die Ventilnadel 10 in ihre Öffnungsstellung gebracht und dementsprechend kann vermehrt Medium aus der Ventilöffnung 9 ausströmen, was zu einem Druckabfall in der Druckkammer 3 führt. Es kommt damit also zu einem Gleichgewicht in der Druckkammer, welches durch die Federkraft auf das Führungsstück 13 eingestellt werden kann.

Wichtig bei dem Ventil ist im übrigen, daß die Membranen 12, 12a nicht durchgängig ausgebildet sind, sondern daß die die Ventilnadel tragenden Halterungen in die Membran eingeschraubt sind, wobei die jeweiligen Membranen 12, 12a eine Bohrung auf­ weisen, durch welche der Halter der Ventilnadel hindurch­ greift und dort mit einem Gewindebolzen befestigt ist. Damit ergibt sich ein sicherer Sitz der Membran und die Ventil­ nadel ist fest mit dieser Membran ohne Zwischenschaltung von Führungsmitteln gekoppelt.

Das Fließschema des beschriebenen Ventils ist in Fig. 2 dar­ gestellt für den Fall von zwei Mediumkreisläufen, bei dem zur Erläuterung der Kreislauf für die Komponente B exempla­ risch herausgegriffen wird. Mit 40 ist der Rezirkulations­ kreislauf bezeichnet, in dem eine Pumpe 42 das Medium för­ dert und ein Rezirkulationsventil 44 die Mediumströmung re­ gelt. Zur Steuerung dient ein Steuerventil 62, das durch über eine Zuleitung 60 zugeführte Druckluft betätigt wird. In einer Dosierstrecke 50 liegt ein Dosierventil 52, das über ein Steuerventil 64 gesteuert wird. Das Medium wird in eine Mischkammer 54 eingeleitet. Für die Komponente A ist der Aufbau entsprechend.

Aus diesem Fließschema geht die parallele Schaltung der Schuß- und Dosierventile klar hervor. Jedes Dosierventil wird jeweils mit einem Steuerventil versorgt.

Bezugszeichenliste

1 Kombinations-Dosierventil
2 Gehäuse
3 Druckkammer (Schußventil)
4 Druckkammer (Rezirk.Ventil)
5 Schußventil
6 Rezirkulationsventil
7 Gehäuse
8 Blende
9 Ventilöffnung 9a
10 Ventilnadel
11 Feder
12 Membran
13 Führungsstück
14 Kugel
15 Druckstück
16 Druckfeder
17 Stößel
18 Druckstück
19 Kammer
20 Rückstellfeder
21 Gewindeschraube
22 Konterschraube
23 Druckkolben
24 Einlaßbohrung
25 Druckkammer
26 Kammer
27 Verbindungskammer
28 Anschluß Mediumeinlaß
29 Gehäuse
30 Ansatz

Claims (2)

1. Dosierventil für dünn- bis zähflüssige Medien, umfassend ein Schußventil (5) , das für die Zuführung des Mediums in eine Mischkammer vorgesehen ist, und ein Rezirkulationsven­ til (6), das für die Zurückführung des Mediums in einen Vor­ ratsbehälter vorgesehen ist, wobei entweder das Schußventil (5) oder das Rezirkulationsventil (6) geöffnet ist, wobei sich das Schußventil (5) und das Rezirkulationsventil (6) in einem gemeinsamen Gehäuse befinden, wobei die Druckkammern (3, 4) des Schußventils (5) und des Rezirkulationsventils (6) über eine Verbindungskammer (27) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mediumzuleitung (28) beim Rezirkulationsventil (6) in die Verbindungskammer (27) vorgesehen ist.

2. Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schußventil (5) und das Rezir­ kulationsventil (6) parallel in einem Mediumstrom geschaltet sind.