DE4322419A1

DE4322419A1 - Ventil und Verfahren zum Dosieren von Fluiden

Info

Publication number: DE4322419A1
Application number: DE19934322419
Authority: DE
Inventors: Klaus Rutz
Original assignee: Lang Apparatebau GmbH
Current assignee: Ecolab Engineering GmbH
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-19
Also published as: WO1995002141A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Dosieren von Fluiden, insbesondere von drucksensiblen Klebstoffen oder Montagehilfs stoffen.

Stand der Technik

Ein druckmittelgesteuertes Ventil zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von drucksensiblen Klebstoffen oder Mon tagehilfsstoffen, das als Teil des Durchtrittskanals für das Fluid einen flexiblen Schlauch aufweist, dessen Querschnitt der Druckmittelsteuerung entsprechend absperrbar ist, ist all gemein bekannt. Der Querschnitt des bekannten flexiblen Schlauchs wird dadurch abgesperrt, daß ein druckmittelbeauf schlagter Kolben auf den Schlauch drückt und diesen auf einem Zylinderstift als Widerlager zusammenquetscht. Dabei werden vergleichsweise große, nicht beeinflußbare mechanische Kräfte auf das Fluid ausgeübt, die zu Veränderungen des Fluids führen können, wenn dieses drucksensibel ist. Das gilt beispielsweise für Klebstoffe oder Montagehilfsstoffe, die mikroverkapselt sind. Durch die von dem Kolben über die beiden Schlauchwände auf das Widerlager ausgeübten Absperrkräfte können die Mikro kapseln zerstört werden. Es kommt zum Austritt des Inhalts der Mikrokapseln, beispielsweise von Dichtmittel, welches auszu härten beginnt. Die Aushärtung beginnt also nicht an der vor gesehenen Einsatzstelle des Fluids, sondern im Bereich des Do sierventils. Es kann dazu kommen, daß sich infolgedessen aus härtendes oder ausgehärtetes Dichtmittel im Ventilbereich festsetzt und damit den Durchtrittsquerschnitt beeinflußt, so daß die Dosierung unexakt wird. Es kann sogar dazu kommen, daß sich aushärtendes Dichtmittel oder aushärtender Klebstoff im Bereich der Verschlußstelle festsetzt, so daß die Funktion des Ventils gestört wird.

Darstellung der Erfindung

Dem vorbeschriebenen Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein druckmittelgesteuertes Ventil mit den obengenannten Merkmalen so zu verbessern, daß Fluide und insbesondere die drucksensiblen Fluide beim Dosie ren von nur geringen mechanischen Kräften beaufschlagt sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schlauchquer schnitt durch direkte Druckmittelbeaufschlagung der Schlauch außenfläche absperrbar ist.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß davon abgerückt wird, den Schlauch mit einem Kolben zu beaufschlagen. Der Kol ben liefert zwar genau definierte Verstellbewegungen, was po sitiv im Sinne eines genauen Dosierens von Fluiden zu werten ist. Er bewirkt andererseits in Verbindung mit dem Schlauch jedoch erhebliche Flächenpressungen auf das Fluid, was uner wünscht ist. Insbesondere Fluide mit inhomogener Konsistenz, also mit im Volumen unterschiedlichen Verteilungen der Dichte bzw. der Härte werden dadurch beeinträchtigt. Mikrokapseln bzw. -Kügelchen können zerdrückt werden. All das wird durch die direkte Druckmittelbeaufschlagung der Schlauchaußenfläche vermieden. Der Schlauch umschließt derartige Inhomogenitäts stellen bzw. Kapseln, Kügelchen oder Körner derart, daß die Flächenpressung gering gehalten wird. Es hat sich erwiesen, daß die bei den bekannten Ventilen auftretenden Schwierigkei ten durch diese direkte Druckmittelbeaufschlagung der Schlauchaußenfläche vermieden werden können.

Im Sinne der Verminderung der Flächenpressung bzw. im Sinne einer Verminderung oder Verteilung der Schließkräfte des Schlauchs kann es vorteilhaft sein, wenn das Ventil so ausge staltet ist, daß der Schlauch ringsum von dem Druckmittel be aufschlagbar ist. Hierdurch wird eine starre Widerlagerfläche vermieden, was den Kraftverteilungsprozeß im Sinne einer Redu zierung der Flächenpressung begünstigt.

Zweckmäßigerweise ist das Ventil so ausgebildet, daß der Schlauch elastisch ist. Er besitzt also eine Rückstellkraft, die ihn den Durchtrittsquerschnitt freigeben läßt, sobald die Beaufschlagung mit Druckmittel unterbrochen wird. Der elasti sche Schlauch ist so angeordnet, daß der Schlauchquerschnitt und damit der Durchtrittsquerschnitt für das Fluid am größten ist, wenn der Schlauch seine Ruhestellung einnimmt. Bei der Druckmittelbeaufschlagung des Schlauchs wird dieser gedehnt und derart zusammengequetscht, daß er im Quetschbereich nur einen sehr kleinen Querschnitt hat, in dem die Schlauchwände praktisch faltenlos aneinander liegen. Die Abdichtungswirkung des Schlauchs ist infolgedessen sehr gut.

Es ist aber auch möglich, das Ventil so auszubilden, daß der Schlauch eine unelastische aber in Bezug auf die Druckmit telbeaufschlagung flexible Folie ist. Auch dieser Schlauch kann im Quetschbereich so abgedichtet werden, daß ein Fluid durchtritt verhindert wird. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Flexibilität der Folie entsprechend groß ist, um Fal tungslücken im Quetschbereich zu vermeiden.

Eine Ausgestaltung des Ventils ist derart, daß es einen mit dem Durchtrittskanal für das Fluid versehenen Ventilkörper hat, der in einer mit dem Durchtrittskanal gleichachsigen Boh rung zwei voneinander distanzierte Schlauchanschlußhülsen auf weist, auf denen die Schlauchenden befestigt sind, und der eine mit der Schlauchaußenfläche in direkter druckmitteldurch strömbarer Verbindung stehende Druckmittelanschlußbohrung auf weist. Es liegt ein zweckmäßiger Einbau des Schlauchs mit zwei Schlauchanschlußhülsen vor, deren Distanz es gestattet, daß der Schlauch die erforderlichen Querschnittsveränderungen pro blemlos durchführen kann. Zur direkten Druckmittelbeaufschla gung des Schlauchs hat der Ventilkörper eine Druckmittelan schlußbohrung, die in direkter Verbindung mit der Schlauchau ßenfläche steht. Es ergibt sich eine kompakte Bauweise, die der Ausbildung der Druckmittelanschlußbohrung den erforderli chen konstruktiven Freiraum läßt.

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung des Ventils liegt vor, wenn die Schlauchenden wenigstens mit einer die Schlauchanschlußhülsen auf Distanz haltenden Spannhülse befe stigt sind, die einen Druckmitteldurchtritt zwischen der Druckmittelanschlußbohrung und der Schlauchaußenfläche hat. Die Spannhülse kann also als einziges Teil sowohl für die Be festigung des einen Schlauchendes auf der einen Schlauchan schlußhülse dienen, wie auch der Befestigung des anderen Schlauchendes auf der anderen Schlauchanschlußhülse.

Des weiteren kann das Ventil aber auch so ausgebildet sein, daß jedes Schlauchende mit einer nur ihm zugeordneten, im Ventilkörper festgelegten Spannhülse befestigt ist, und daß beide Spannhülsen zwischen sich einen Abstand als Druckmittel durchtritt zwischen der Druckmittelanschlußbohrung und der Schlauchaußenfläche aufweisen. In diesem Fall sind die beiden Spannhülsen von einem Rohr ablängbare Teilstücke und es ist nicht erforderlich, sie mit einer Bohrung oder mit einem Schlitz zu versehen, damit Druckmittel von der Anschlußbohrung zur Schlauchaußenfläche strömen kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die Schlauchaußenfläche des nicht druckmittelbeaufschlagten Schlauchs etwas Abstand zu den ihn umgebenden Ventilbauteilen hat. Der Abstand zwischen der Schlauchaußenfläche und den diese umgebenden Ventilbauteilen bewirkt, daß sehr schnell eine gleichmäßige Verteilung des Druckmittels um den Schlauch herum erfolgen kann, der infolge dessen gleichmäßig aus allen radialen Richtungen belastet wird.

Damit das Ventil die gewünschte Dosierung bzw. die erfor derlichen Dosiermengen bei abwechselndem Absperren und Öffnen liefern kann, ist die Quetschlänge des Schlauchs mindestens zweimal so groß, wie der Durchmesser des Durchtrittskanals. Je größer die Quetschlänge ist, desto größer ist die von dem Ven til abgegebene dosierte Menge des Fluids, wenn man davon aus geht, daß das Ventil in vorbestimmten Zeitabständen abwech selnd abgesperrt und geöffnet wird.

Des weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn das Ventil mit einem integrierten oder vorgeschalteten Absperrhahn versehen ist. Der Absperrhahn kann geschlossen werden, wenn der Druck des Druckmittels abgeschaltet wird oder unvorhergesehenerweise entfällt. Das Absperren des Absperrhahns vermeidet dann eine Förderung des Fluids infolge des noch stets vorhandenen Fluid drucks.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum druckmittelgesteuerten Dosieren von Fluiden, insbesondere von drucksensiblen Klebstoffen oder Montagehilfsstoffen, bei dem ein einen Durchtrittskanal für das Fluid bildender Schlauch mit der Druckmittelsteuerung abgesperrt wird. Dieses Verfahren ist durch den eingangs beschrieben allgemeinen Stand der Tech nik bekannt. Um das Verfahren im oben beschriebenen Sinne zu verbessern, wird es so durchgeführt, daß der Schlauch mit dem direkt auf die Schlauchaußenfläche einwirkenden Druckmittel über eine vorbestimmte Quetschlänge abgesperrt wird. Die Ab sperrung des Schlauches erfolgt durch direkt auf die Schlauch außenfläche einwirkendes Druckmittel, wobei der Schlauch auf das Fluid eine Flächenpressung ausübt, die vergleichsweise ge ring ist. Diese Flächenpressung wird durch die vorbestimmte Quetschlänge mitbestimmt, so daß dementsprechend auf die Drucksensibilität des Fluids Rücksicht genommen werden kann.

Herkömmlicherweise wird das Dosierventil so betrieben, daß der Schlauch bei vernachlässigbaren Verstellzeiten abwech selnd geöffnet oder geschlossen ist. Die Dosierung erfolgt dann dadurch, daß die Öffnungs- bzw. Schließzeiten von einem Zeitsteuergerät der gewünschten Dosierung entsprechend beein flußt werden. Eine solche Dosierung von Kleinstmengen ist auch im µl-Bereich möglich. Insbesondere bei größeren Querschnitten des Durchtrittskanals bzw. des Schlauchs kann eine Verringe rung der Dosiermengen dadurch erreicht werden, daß der Schlauch zur Dosierung im µl-Bereich durch die Druckmittel steuerung nach dem Absperren nur teilentlastet und damit der Querschnitt nicht vollständig freigegeben wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels er läutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit den Merkmalen der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltschema zur Erläuterung des Ver fahrens gemäß der Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil 10 besteht im wesentli chen aus einem zylindrischen Ventilkörper 15, der einen mitti gen Durchtrittskanal 11 für das Fluid hat. Der Ventilkörper 15 ist zwischen seinem Eintrittsende 10′ und seinem von einer Do sierdüse 27 gebildeten Abgabeende 10′′ mit einer gleichachsi gen Bohrung 16 versehen. Diese Bohrung ist auf der Abgabeseite 10′′ durch die zum Beispiel eingeschraubte Düsenspitze ver schlossen. Im Inneren der Bohrung 16 sind im Querschnitt hut förmige Schlauchanschlußhülsen 17 vorhanden, jeweils eine an einem Ende der Bohrung 16. Ringkragen 28 dieser Schlauchan schlußhülsen 17 springen radial soweit vor, daß die Hülsen gleichachsig in der Bohrung 16 angeordnet sind. Ihr Innen durchmesser entspricht dem Durchmesser 25 des Durchtrittska nals 11.

Über die Schlauchanschlußhülsen 17 ist jeweils ein Schlauchende 18 eines Schlauchs 12 gezogen. Der Schlauch 12 hat einen Innendurchmesser bzw. Schlauchquerschnitt 13, der etwas geringer ist, als der Außendurchmesser der Schlauchhül sen 17. Infolge der elastischen Ausbildung des Schlauchs 12 sitzt dieser mit seinen Enden 18 stramm auf den Hülsen 17. Da die hierdurch erreichte Befestigung in der Regel nicht ausrei chend sein dürfte, müssen die Schlauchenden 18 festgespannt werden. Fig. 1 zeigt zwei Spannhülsen 21, die etwas länger sind, als die Schlauchanschlußhülsen 17. Sie spannen die Schlauchenden 18 auf den Schlauchanschlußhülsen 17 jeweils fest. Ihrerseits sind die Spannhülsen 21 im Ventilkörper 15 fest angeordnet, zum Beispiel durch Preßsitz. Die Anordnung erfolgt derart, daß die Lage der Schlauchanschlußhülsen 17 ge wahrt bleibt, unabhängig davon, welche Kräfte bei der Betäti gung des Ventils bzw. beim Dosieren auf die Schlauchanschluß hülsen 17 ausgeübt werden. Die Spannhülsen 21 sind also zugleich Distanzhalter. Beide Spannhülsen 21 haben zwischen sich einen Freiraum 29 der ringförmig ist. Er dient als Druck mitteldurchtritt zwischen der Schlauchaußenfläche 14 und einer Druckmittelanschlußbohrung 19, die den Ventilkörper quer durchsetzt und ihrerseits mit einem Druckmittelanschluß 30 in Verbindung steht, durch den Druckmittel mit dem Druck P zuge leitet wird. Solches Druckmittel ist beispielsweise Druckluft.

Anstelle zweier Spannhülsen 21 kann auch eine einzige Spannhülse eingesetzt werden, welche eine vorbestimmte Länge hat, um die Schlauchanschlußhülse 17 auf der erforderlichen Distanz 22 voneinander zu halten. Für diesen Fall ist es er forderlich, daß der Ventilkörper 15 den gestrichelt darge stellten Ringkanal 31 aufweist, damit das Druckmittel der Druckmittelanschlußbohrung 19 den erforderlichen Bohrungen zu geleitet werden kann, die sich in einer einstückigen Spann hülse befinden müssen. Eine derartige Ausbildung hat den Vor teil, daß die Schlauchanschlußhülsen 17, der Schlauch 12 und die eine Spannhülse 21 einen vorgefertigten Bauteilesatz bil den können, der ohne Justierprobleme und ohne Fest spannen in der Bohrung 16 des Ventilkörpers 15 angeordnet werden kann.

Es wurde bereits ausgeführt, daß der Schlauch 12 ela stisch ist und sein Querschnitt 13 etwas kleiner ist als der Außendurchmesser der Schlauchanschlußhülsen 17. Der Schlauch 12 zieht sich infolgedessen soweit zusammen, daß er bzw. seine im Bereich zwischen den Schlauchanschlußhülsen 17 gelegene Schlauchaußenfläche 14 Abstand 23 zu den ihn umgebenden Ven tilbauteilen hat, nämlich zu der Spannhülse 21 bzw. zu zwei Spannhülsen 21.

Wenn der Schlauch mit Druckmittel beaufschlagt wird, wird er zusammengequetscht, sobald der ihn beaufschlagende Druck größer ist, als der Druck des Fluids. Infolge seiner Elastizi tät wird der Schlauch derart gedehnt und damit abgequetscht, daß er die gestrichelte Stellung einnimmt und dabei einen Durchtritt von Fluid verhindert. Es ist ersichtlich, daß eine erhebliche Quetschlänge 24 vorhanden ist, auf der Schlauchin nenflächen aneinanderliegen. Diese Darstellung ist jedoch nicht zwingend. Befindet sich im Fluid beispielsweise eine Mi krokapsel, so legt sich der Schlauch 12 um diese Kapsel rum und verteilt damit die auf ihn vom Druckmittel ausgeübten Kräfte auf das Fluid derart, daß eine Zerstörung der Mikrokap sel vermieden wird. Die Quetschlänge 24 des Schlauchs 12 muß so groß sein, daß die gewünschte Kraft- bzw. Druckverteilung in hinreichendem Ausmaß stattfindet. In einer Vielzahl von An wendungsfällen wird die Quetschlänge mindestens zweimal so groß sein wie der Durchmesser 25 des Durchtrittskanals 11. In einigen Fällen mag aber auch eine geringere Quetschlänge aus reichen.

In Fig. 2 ist das Ventil 10 lediglich schematisch darge stellt. Das Fluid wird aus einem Vordruckbehälter 32 zugelei tet, der unter dem Fluiddruck P steht. Dieser Druck wird mit tels regulierter bzw. druckreduzierter Druckluft erzeugt. Der Druck dieser Druckluft wird mit einem Regelventil 33 konstant gehalten, welches an eine Druckluftquelle 34 angeschlossen ist. Die Druckluftquelle 34 versorgt außerdem das Ventil 10 mit dem erforderlichen Druckmittel, nämlich Druckluft, wobei zwischen dieser Quelle 34 und dem Ventil 10 ein Schaltventil 35 angeordnet ist, das von einem Zeitsteuergerät 36 beauf schlagt wird. Dementsprechend kann die Dosierung des Fluids dadurch erfolgen, daß das Zeitsteuergerät 36 das Schaltventil 35 intervallweise steuert, wodurch das Ventil 10 entsprechend intervallweise Druckmittel erhält, mit dem der Schlauch 12 ab gesperrt bzw. sein Querschnitt 13 geschlossen wird. Eine wei tere Betätigung des Schaltventils 35 bewirkt, daß dieses das Druckmittel absperrt, so daß - entsprechende Entlüftungsmög lichkeit vorausgesetzt - der Schlauch 12 sich infolge seiner elastischen Rückstellkraft wieder öffnen kann und der Fluid durchtritt freigegeben wird. Diese Freigabe kann teilweise sein, wenn die Entlastung des Druckmittels bzw. die Entlüftung unterbrochen wird. Das kann in einfacher Weise durch ein zwei tes Schaltventil geschehen, welches von dem Zeitsteuergerät 36 beaufschlagt wird und den Entlüftungsquerschnitt steuert.

Wenn der Druck des Druckmittels abgesperrt wird, ist der Druck P des Fluids noch vorhanden. Um in diesem Fall einen weiteren Austritt von Fluid zu verhindern, der zu einer Fehl dosierung oder zu einem unerwünschten Auslaufen von Fluid durch den freigegebenen Querschnitt des Schlauchs 12 führt, ist dem Ventil 10 ein Absperrhahn 26 vorgeschaltet, der gemäß Fig. 1 mit dem Ventil 10 integriert ist. Diese Integration ist aber nicht notwendig.

Claims

1. Druckmittelgesteuertes Ventil (10) zum Dosieren von Fluiden, insbesondere von drucksensiblen Klebstoffen oder Montagehilfsstoffen, das als Teil des Durchtrittskanals (11) für das Fluid einen flexiblen Schlauch (12) auf weist, dessen Querschnitt (13) der Druckmittelsteuerung entsprechend absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchquerschnitt (13) durch direkte Druckmittelbe aufschlagung der Schlauchaußenfläche (14) absperrbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (12) ringsum von dem Druckmittel beaufschlagbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (12) elastisch ist.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (12) eine unelastische, aber in Bezug auf die Druckmittelbeaufschlagung flexible Folie ist.

5. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen mit dem Durchtritts kanal (11) für das Fluid versehenen Ventilkörper (15) hat, der in einer mit dem Durchtrittskanal (11) gleich achsigen Bohrung (16) zwei voneinander distanzierte Schlauchanschlußhülsen (17) aufweist, auf denen die Schlauchenden (18) befestigt sind, und der eine mit der Schlauchaußenfläche (14) in direkter druckmitteldurch strömbarer Verbindung stehende Druckmittelanschlußbohrung (19) aufweist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchenden (18) wenigstens mit einer die Schlauchan schlußhülsen (17) auf Distanz haltenden Spannhülse (21) befestigt sind, die einen Druckmitteldurchtritt zwischen der Druckmittelanschlußbohrung (19) und der Schlauchaußenfläche (14) hat.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schlauchende (18) mit einer nur ihm zugeordneten, im Ven tilkörper (15) festgelegten Spannhülse (21) befestigt ist, und daß beide Spannhülsen (21) zwischen sich einen Abstand als Druckmitteldurchtritt zwischen der Druckmit telanschlußbohrung (19) und der Schlauchaußenfläche (14) aufweisen.

8. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchaußenfläche (14) des nicht druckmittelbeaufschlagten Schlauchs (12) etwas Abstand zu den ihn umgebenden Ventilbauteilen hat.

9. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quetschlänge (24) des Schlauchs (12) mindestens zweimal so groß ist, wie der Durchmesser (25) des Durchtrittskanals (11).

10. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem integrierten oder vorgeschalteten Absperrhahn (26) versehen ist.

11. Verfahren zum druckmittelgesteuerten Dosieren von Fluiden, insbesondere von drucksensiblen Klebstoffen oder Montagehilfsstoffen, bei dem ein einen Durchtrittskanal (11) für das Fluid bildender Schlauch (12) mit der Druck mittelsteuerung abgesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (12) mit dem direkt auf die Schlauchau ßenfläche (14) einwirkenden Druckmittel über eine vorbe stimmte Quetschlänge (24) abgesperrt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (12) zur Dosierung im µl-Bereich durch die Druckmittelsteuerung nach dem Absperren nur teilentlas tet wird.