DE102024114869A1 - Pneumatic actuator for a metering valve - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Pneumatikaktor (1) für ein Dosierventil (4) zur Dosierung von Dosierstoff (DS) beschrieben, welcher Pneumatikaktor (1) einen Stößel (2) zur Abgabe von Dosierstoff (DS) aus dem Dosierventil (4) aufweist. Der Stößel (2) ist einstückig ausgebildet und umfasst endseitig einen Kolben (20), der in einem Zylinder (10) des Pneumatikaktors (1) dichtungsfrei gegenüber dem Zylinder (10) gelagert ist. Zumindest eine Seite (21, 21') des Kolbens (20) ist mit einem Druckmedium (DL) beaufschlagbar, um den Stößel (2) in einer Richtung (R) zu bewegen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Aktormodul (3) mit einem solchen Pneumatikaktor (1), einen Dosierkopf (9) mit zumindest einem Aktormodul (3), ein Dosierventil (4) mit einem Pneumatikaktor (1) und ein Verfahren zur Steuerung eines Pneumatikaktors (1). A pneumatic actuator (1) for a metering valve (4) for metering a dosing agent (DS) is described. This pneumatic actuator (1) has a plunger (2) for dispensing the dosing agent (DS) from the metering valve (4). The plunger (2) is formed in one piece and comprises at its end a piston (20) which is mounted in a cylinder (10) of the pneumatic actuator (1) without a seal against the cylinder (10). At least one side (21, 21') of the piston (20) can be pressurized with a pressure medium (DL) to move the plunger (2) in a direction (R). The invention further relates to an actuator module (3) with such a pneumatic actuator (1), a metering head (9) with at least one actuator module (3), a metering valve (4) with a pneumatic actuator (1), and a method for controlling a pneumatic actuator (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Pneumatikaktor für ein Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff, welcher Pneumatikaktor einen Stößel zur Abgabe von Dosierstoff aus dem Dosierventil aufweist sowie ein Aktormodul mit einem solchen Pneumatikaktor. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Dosierkopf mit zumindest einem Aktormodul, ein Dosierventil mit einem Pneumatikaktor und ein Verfahren zur Steuerung eines Pneumatikaktors für ein Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff.The invention relates to a pneumatic actuator for a metering valve for dispensing a dosing agent, which pneumatic actuator has a plunger for dispensing the dosing agent from the metering valve, and to an actuator module with such a pneumatic actuator. The invention further relates to a metering head with at least one actuator module, a metering valve with a pneumatic actuator, and a method for controlling a pneumatic actuator for a metering valve for dispensing a dosing agent.
Dosierventile werden in verschiedensten Anwendungen dazu eingesetzt, ein zu dosierendes Medium, typischerweise ein flüssiger bis zähflüssiger Dosierstoff, gezielt zu dosieren. Im Rahmen der sogenannten „Mikrodosiertechnik“ ist es dabei oftmals erforderlich, dass sehr geringe Mengen des Mediums hochgenau, das heißt zum richtigen Zeitpunkt, am richtigen Ort und in einer genau dosierten Menge auf eine Zieloberfläche aufgebracht werden. Die Abgabe von Dosierstoff aus einem Dosierventil kann berührend oder berührungslos erfolgen, d.h. ohne direkten Kontakt zwischen Dosierventil und Zieloberfläche. Der Dosierstoff kann beispielsweise flächig, linienförmig und/oder punktförmig auf die Zieloberfläche aufgebracht werden.Metering valves are used in a wide variety of applications to precisely dispense a medium, typically a liquid to viscous dosing agent. In so-called "micro-dosing technology," it is often necessary to apply very small quantities of the medium to a target surface with high precision—that is, at the right time, in the right place, and in a precisely measured amount. The dispensing of the dosing agent from a metering valve can be contact-based or non-contact, meaning without direct contact between the metering valve and the target surface. The dosing agent can be applied to the target surface, for example, in a diffuse, linear, and/or spot manner.
Dosierventile werden zunehmend bei der Herstellung von Rotoren und Statoren für Motoren und Generatoren eingesetzt. Solche Rotoren und Statoren bestehen regelmäßig aus mehreren dünnen Blechen, die z.B. aus einem Endlosband gestanzt oder mittels Laser herausgeschnitten werden, wobei anschließend die einzelnen Blechteile zu Paketen gefügt werden. Neben mechanischen Fügeverfahren zur Herstellung solcher Blechpakete werden Klebeverfahren eingesetzt, z.B. um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Rotoren und Statoren zu erreichen.Metering valves are increasingly used in the manufacture of rotors and stators for motors and generators. Such rotors and stators typically consist of several thin sheets, which are, for example, stamped from a continuous strip or cut using a laser, with the individual sheet metal parts then being joined into stacks. In addition to mechanical joining methods for producing these sheet metal stacks, adhesive bonding processes are used, for example, to achieve the highest possible efficiency of the rotors and stators.
Bei einigen Verfahren werden Klebstoffe, z.B. Cyanacrylat-Klebstoffe, an definierten Stellen auf Blechteile aufgebracht und diese anschließend zu Blechpaketen verklebt. Das Aufbringen von Klebstoff mit einem bestimmten Muster, beispielsweise in Form von einzelnen Klebstoffpunkten, kann mit gattungsgemäßen Dosierventilen erfolgen. Dadurch kann der Materialeinsatz gegenüber der sogenannten Backlack-Technologie reduziert werden und das Aushärten kann ohne Erhitzen erfolgen, was die Herstellung günstiger macht.In some processes, adhesives, such as cyanoacrylate adhesives, are applied to sheet metal parts at defined points, and these parts are then bonded together to form sheet metal stacks. Applying the adhesive in a specific pattern, for example, in the form of individual adhesive dots, can be achieved using appropriate metering valves. This reduces material usage compared to so-called baking varnish technology, and curing can occur without heating, making production more cost-effective.
Bedingt durch die zunehmende Elektrifizierung werden immer höhere Anforderungen an den Wirkungsgrad von Rotoren und Statoren gestellt, bei gleichzeitig wachsendem Kostendruck. Weiterhin nehmen die mechanischen Anforderungen an Rotoren und Statoren und an den Fügeprozess der Blechpakete stetig zu. Beispielsweise ist es gewünscht, die Drehzahl von Elektromotoren und Generatoren zu vergrößern und die Leistung von Elektromotoren zu erhöhen. Deshalb gibt es Bestrebungen, zum Verkleben Einzelpunkte eines Klebstoffs auf Blechteile aufzubringen und eine möglichst hohe Dichte an Klebstoffpunkten zu erreichen.Due to increasing electrification, ever higher demands are being placed on the efficiency of rotors and stators, while cost pressures are simultaneously growing. Furthermore, the mechanical requirements for rotors and stators, as well as for the joining process of the laminated cores, are constantly increasing. For example, there is a desire to increase the rotational speed of electric motors and generators and to boost the power output of electric motors. Therefore, efforts are being made to apply individual dots of adhesive to the sheet metal parts for bonding and to achieve the highest possible density of adhesive dots.
Auch in anderen Bereichen der Technik ist es gewünscht, Dosierstoffe in Form von Einzelpunkten auf eine Zieloberfläche so aufzubringen, dass eine möglichst hohe Dichte von Einzelpunkten bzw. eine hohe Punktdichte erreicht wird. Das betrifft z.B. die additive Fertigung von Objekten oder Lackieraufgaben.In other areas of technology, it is also desirable to apply dosing materials in the form of individual dots to a target surface in such a way as to achieve the highest possible density of individual dots or a high dot density. This applies, for example, to the additive manufacturing of objects or painting applications.
Zur Erzeugung eines bestimmten Dosiermusters werden häufig mehrere Dosierventile parallel eingesetzt, um dieselbe Dosieroberfläche mit Dosierstoff zu beaufschlagen. Bei einer solchen Mehrfachdosierung können die Dosierventile an einem Dosierkopf angeordnet sein und gemeinsam mit dem Dosierkopf bewegt werden. Ein solcher Dosierkopf mit mehreren z.B. unbeweglich daran angeordneten Dosierventilen kann zwar eine gewisse Punktdichte ermöglichen und kann eine vergleichsweise einfache Konstruktion haben. Allerdings ist bei bekannten Systemen eine maximal mögliche Punktdichte begrenzt, weil der Bauraum der einzelnen Dosierventile eine noch dichtere Anordnung der Dosierventile, z.B. an einem Dosierkopf, oft nicht zulässt. Deshalb können bekannte Systeme mit Dosierventilen die steigenden Anforderungen, die in unterschiedlichen technischen Bereichen an den Dosiervorgang gestellt werden, häufig nicht mehr erfüllen.To generate a specific dispensing pattern, several dispensing valves are often used in parallel to apply the same dispensing surface with the metering material. In such multiple dispensing systems, the dispensing valves can be arranged on a dispensing head and move together with it. While such a dispensing head with several dispensing valves, for example, fixed to it, can achieve a certain point density and can have a relatively simple design, the maximum possible point density in known systems is limited because the installation space of the individual dispensing valves often does not permit an even denser arrangement, for example, on a single dispensing head. Therefore, known systems with dispensing valves often can no longer meet the increasing demands placed on the dispensing process in various technical fields.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikaktor für ein Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff, ein Aktormodul mit einem Pneumatikaktor, einen Dosierkopf mit zumindest einem Aktormodul, ein Dosierventil mit einem Pneumatikaktor und ein Verfahren zur Steuerung eines Pneumatikaktors für ein Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff bereitzustellen, mit dem die zuvor genannten Nachteile reduziert und bevorzugt vermieden werden.It is an object of the present invention to provide a pneumatic actuator for a metering valve for dispensing a dosing substance, an actuator module with a pneumatic actuator, a metering head with at least one actuator module, a metering valve with a pneumatic actuator and a method for controlling a pneumatic actuator for a metering valve for dispensing a dosing substance, with which the aforementioned disadvantages are reduced and preferably avoided.
Diese Aufgabe wird durch einen Pneumatikaktor nach Anspruch 1, ein Aktormodul gemäß Anspruch 10, einen Dosierkopf gemäß Anspruch 14, ein Dosierventil gemäß Anspruch 17 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 18 gelöst.This problem is solved by a pneumatic actuator according to claim 1, an actuator module according to claim 10, a metering head according to claim 14, a metering valve according to claim 17 and a method according to claim 18.
Ein erfindungsgemäßer Pneumatikaktor ist zur Verwendung in einem Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff vorgesehen. Insbesondere ist der Pneumatikaktor dazu ausgebildet, um eine bestimmungsgemäße Dosierstoffabgabe eines Dosierventils zu ermöglichen. Das Dosierventil kann bevorzugt ein Jetventil sein. Der Pneumatikaktor weist zumindest einen Stößel zur Abgabe von Dosierstoff aus dem Dosierventil auf, sofern der Pneumatikaktor Teil eines Dosierventils ist. Der Stößel wird synonym auch als Ausstoßelement bezeichnet. Erfindungsgemäß ist der Stößel einstückig bzw. einteilig ausgebildet. Das bedeutet, dass der Stößel aus nur einem zusammenhängenden Stück gefertigt ist und/oder aus einem einzigen Teil besteht.A pneumatic actuator according to the invention is designed for use in a metering valve for dispensing a dosing agent. In particular, the pneumatic actuator is configured to enable the intended dispensing of the dosing agent by a metering valve. The metering valve can preferably The pneumatic actuator may be a jet valve. It has at least one plunger for dispensing metering fluid from the metering valve, provided the pneumatic actuator is part of a metering valve. The plunger is also referred to as the ejection element. According to the invention, the plunger is formed in one piece. This means that the plunger is manufactured from only one continuous piece and/or consists of a single part.
Erfindungsgemäß umfasst der Stößel endseitig zumindest einen Kolben, der in einem Zylinder des Pneumatikaktors dichtungsfrei gegenüber dem Zylinder, insbesondere gegenüber einer dem Kolben zugewandten Innenwand des Zylinders, bewegbar gelagert ist. Der Kolben ist bevorzugt in einem zylinderförmigen Innenraum des Pneumatikaktors bewegbar gelagert. Der Zylinder ist insbesondere ein Hohlzylinder. Entsprechend kann der Kolben in einem Hohlzylinder des Pneumatikaktors bewegbar angeordnet und dichtungsfrei gegenüber einer Innenwand des Hohlzylinders gelagert sein. Der Begriff dichtungsfrei bedeutet, dass zwischen einer Außenoberfläche des Kolbens und einer zugeordneten Innenwand des Zylinders bzw. Hohlzylinders keine Dichtung vorhanden ist. Insbesondere ist der Kolben entlang seiner gesamten Längserstreckung ohne Kolbendichtung ausgebildet. Der Stößel ist zumindest abschnittsweise im Zylinder bzw. Hohlzylinder angeordnet, wobei Teile des Stößels, insbesondere eine Stößelspitze, aus dem Zylinder hinausragen können. Der Zylinder bzw. Hohlzylinder ist bevorzugt innerhalb eines Gehäuse des Pneumatikaktors angeordnet.According to the invention, the plunger comprises at least one piston at its end, which is movably mounted in a cylinder of the pneumatic actuator without a seal relative to the cylinder, in particular relative to an inner wall of the cylinder facing the piston. The piston is preferably movably mounted in a cylindrical interior of the pneumatic actuator. The cylinder is, in particular, a hollow cylinder. Accordingly, the piston can be movably arranged in a hollow cylinder of the pneumatic actuator and mounted without a seal relative to an inner wall of the hollow cylinder. The term "seal-free" means that there is no seal between an outer surface of the piston and an associated inner wall of the cylinder or hollow cylinder. In particular, the piston is designed without a piston seal along its entire longitudinal extent. The plunger is arranged at least partially in the cylinder or hollow cylinder, with parts of the plunger, in particular a plunger tip, projecting out of the cylinder. The cylinder or hollow cylinder is preferably arranged within a housing of the pneumatic actuator.
Der Stößel umfasst eine längliche Stößelstange, die sich an einer Seite des Kolbens an den Kolben anschließt und einstückig mit dem Kolben ausgebildet ist. Die Stößelstange weist an einem freien Ende, das dem Kolben gegenüberliegt, bezogen auf eine Längserstreckung der Stößelstange, eine Stößelspitze auf. Die Stößelstange kann zumindest teilweise im Zylinder bzw. Hohlzylinder des Pneumatikaktors bewegbar gelagert sein, insbesondere dichtungsfrei gegenüber einer zugeordneten Innenwand des Zylinders. Die Stößelstange hat die Funktion, Dosierstoff mittels der Stößelspitze aus einem Dosierventil abzugeben, wobei der Kolben einen Stößelkopf bildet, wobei darüber eine Bewegung des gesamten Stößels erfolgen kann.The plunger comprises an elongated pushrod that connects to the piston on one side and is integrally formed with the piston. The pushrod has a plunger tip at its free end, opposite the piston, measured along its longitudinal axis. The pushrod can be movably mounted, at least partially, within the cylinder or hollow cylinder of the pneumatic actuator, particularly without a seal against an associated inner wall of the cylinder. The pushrod's function is to dispense metering fluid from a metering valve via the plunger tip, with the piston forming a plunger head, thereby enabling movement of the entire plunger.
Der Pneumatikaktor ist so ausgebildet, dass zumindest eine Seite bzw. eine Fläche des Kolbens, insbesondere ein Kolbenboden und/oder ein Kolbendach des Kolbens, mit einem Druckmedium, direkt und/oder indirekt, beaufschlagbar ist, um den Stößel in einer Richtung zu bewegen. Bevorzugt kann zumindest eine Seite des Kolbens im Betrieb des Pneumatikaktors unmittelbar bzw. direkt mit Druckmedium beaufschlagt werden, um den Stößel in Bewegung zu versetzten. Der Kolben kann auch als Pneumatik-Kolben bezeichnet werden. Bevorzugt ist dem Pneumatikaktor ein steuerbares Pneumatikventil zugeordnet, insbesondere ein 5/2-Wege Ventil, um im Betrieb den Kolben mit Druckmedium zu beaufschlagen.The pneumatic actuator is designed such that at least one side or surface of the piston, in particular a piston base and/or a piston top, can be pressurized, directly and/or indirectly, with a pressure medium to move the plunger in one direction. Preferably, at least one side of the piston can be directly pressurized with a pressure medium during operation of the pneumatic actuator to set the plunger in motion. The piston can also be referred to as a pneumatic piston. Preferably, a controllable pneumatic valve, in particular a 5/2-way valve, is associated with the pneumatic actuator to pressurize the piston with a pressure medium during operation.
Der Pneumatikaktor umfasst bevorzugt zumindest eine Aktorkammer. Die Aktorkammer kann im Betrieb mit Druckmedium gefüllt werden, wobei eine Seite des Kolbens mit Druckmedium beaufschlagt wird, um den Stößel zu bewegen. Die Aktorkammer ist im Gehäuse des Pneumatikaktors ausgebildet und wird durch eine Seite bzw. Fläche des Kolbens begrenzt. Die Aktorkammer kann insbesondere einen Teil des Innenraums des Zylinders bzw. Hohlzylinders, in dem der Kolben bewegbar ist, umfassen.The pneumatic actuator preferably comprises at least one actuator chamber. During operation, the actuator chamber can be filled with a pressure medium, with one side of the piston being pressurized to move the plunger. The actuator chamber is formed within the housing of the pneumatic actuator and is bounded by one side or surface of the piston. In particular, the actuator chamber can encompass a portion of the interior of the cylinder or hollow cylinder in which the piston is movable.
Vorteilhafterweise kann bei einem einteiligen Stößel eine bewegte Masse des Stößels möglichst klein sein. Anders als bei bekannten Stößeln sind keine Verbindungsmittel nötig, um einzelne Teile des Stößels miteinander zu verbinden. Bei mehrteiligen Stößeln ist eine Stößelstange häufig mit einem Kolben verschraubt oder anderweitig verbunden, wobei sich die Masse erhöht. Durch die einteilige Konstruktion kann erreicht werden, dass die (Stößel-)Masse des erfindungsgemäßen Stößels geringer ist, als die Masse von bekannten, mehrteiligen Stößeln. Der einstückige Aufbau kann weiterhin dazu beitragen, dass der erfindungsgemäße Stößel relativ günstig herstellbar ist und weniger verschleißempfindlich ist, als mehrteilige Stößel, wobei die Herstellungs- und Betriebskosten des Pneumatikaktors reduziert werden können.Advantageously, a one-piece plunger allows for a minimal moving mass. Unlike conventional plungers, no connecting elements are required to join individual plunger components. In multi-piece plungers, a pushrod is often screwed or otherwise connected to a piston, increasing the mass. The one-piece design results in a plunger mass lower than that of conventional multi-piece plungers. Furthermore, the one-piece construction contributes to the relatively inexpensive manufacturing and less wear-prone nature of the plunger compared to multi-piece designs, thereby reducing the manufacturing and operating costs of the pneumatic actuator.
Vorteilhafterweise kann auf Grund der relativ geringen Masse des Stößels eine Aktorkammer des Pneumatikaktors, die zur Auslenkung des Stößels mit Druckmedium gefüllt wird, ein relativ kleines Füllvolumen haben, insbesondere gegenüber bekannten Pneumatikaktoren. Dadurch kann besonders schnell ein bestimmter Druck in der Aktorkammer erzeugt werden, wobei eine möglichst hohe Beschleunigung des Stößels erreicht wird. Dadurch kann auch eine möglichst hohe Stößelgeschwindigkeit im Betrieb erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft kann durch das vergleichsweise kleine Füllvolumen der Aktorkammer ein Bauraum des Pneumatikaktors möglichst klein und kompakt sein, insbesondere kleiner als bei bekannten Pneumatikaktoren. Diese Platzersparnis kann sich insbesondere bei Mehrfachdosierungen und/oder bei Dosierköpfen mit mehreren Dosierventilen vorteilhaft auswirken. Dadurch kann eine Punktdichte gegenüber bekannten Systemen erhöht werden.Advantageously, due to the relatively low mass of the plunger, the actuator chamber of the pneumatic actuator, which is filled with pressurized medium to deflect the plunger, can have a relatively small filling volume, especially compared to known pneumatic actuators. This allows a specific pressure to be generated in the actuator chamber very quickly, achieving the highest possible plunger acceleration. This also allows for the highest possible plunger velocity during operation. Furthermore, the comparatively small filling volume of the actuator chamber allows the installation space of the pneumatic actuator to be as small and compact as possible, especially smaller than in known pneumatic actuators. This space saving can be particularly advantageous in multi-dose applications and/or in dosing heads with multiple dosing valves. This allows for an increased point density compared to known systems.
Weiterhin vorteilhaft kann auf Grund des einteiligen Aufbaus und der relativ geringen (Stößel-)Masse ein relativ kleiner Kolben verwendet werden, wobei z.B. ein Durchmesser des Kolbens reduziert werden kann gegenüber bekannten Pneumatikaktoren. Das kann dazu beitragen, dass der Stößel dichtungsfrei, also ohne gleitende Dichtung, im Zylinder bzw. Hohlzylinder gelagert ist, wobei der Verbrauch an Druckmedium im Betrieb dennoch akzeptabel ist. Der Begriff dichtungsfrei bedeutet, dass zwischen der Außenoberfläche des Kolbens und einer zugewandten Innenwand des Zylinders bzw. Hohlzylinders ein freier Raum ausgebildet sein kann. Insbesondere gibt es während einer Bewegung des Stößels im Pneumatikaktor keinen direkten Kontakt zwischen Kolben und einer Innenwand, die den Zylinder bzw. Hohlzylinder bildet. Der Verzicht auf eine (Kolben-)Dichtung zwischen Kolben und Zylinder bzw. Hohlzylinder kann den Verschleiß des Pneumatikaktors reduzieren und Reibung im Betrieb minimieren, was sich vorteilhaft auf die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Stößels auswirkt.Furthermore, the one-piece construction and the relatively small (piston) can be advantageous. This allows for the use of a relatively small piston, for example, a reduced piston diameter compared to conventional pneumatic actuators. This enables the plunger to be mounted in the cylinder or hollow cylinder without a seal, while still maintaining acceptable pressure medium consumption during operation. The term "seal-free" means that a free space can exist between the outer surface of the piston and the inner wall of the cylinder or hollow cylinder. Specifically, during plunger movement within the pneumatic actuator, there is no direct contact between the piston and the inner wall forming the cylinder or hollow cylinder. Eliminating a (piston) seal between the piston and the cylinder or hollow cylinder can reduce wear on the pneumatic actuator and minimize friction during operation, which has a beneficial effect on the plunger's speed and/or acceleration.
Der besondere Pneumatikaktor kann Teil eines Aktormoduls, eines Dosierkopfs und/oder eines Dosierventils sein. Dies wird an anderer Stelle beschrieben. Da der Kolben in einem zylinderförmigen (Hohl-)Raum im Pneumatikaktor auf und ab bewegt werden kann, ist der Zylinder des Pneumatikaktors, in dem der Kolben dichtungsfrei und beweglich gelagert ist, bevorzugt ein Hohlzylinder. Die Erfindung wird, ohne eine Beschränkung darauf und sofern nicht explizit anders erwähnt, anhand eines Zylinders in Form eines Hohlzylinders beschrieben.The special pneumatic actuator can be part of an actuator module, a metering head, and/or a metering valve. This is described elsewhere. Since the piston can move up and down in a cylindrical (hollow) space within the pneumatic actuator, the cylinder of the pneumatic actuator, in which the piston is mounted without seals and is movably mounted, is preferably a hollow cylinder. The invention is described, without limitation and unless explicitly stated otherwise, using a cylinder in the form of a hollow cylinder.
Die Erfindung betrifft einen Pneumatikaktor für ein Dosierventil zur Dosierung von Dosierstoff, insbesondere einen vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Pneumatikaktor, welcher Pneumatikaktor einen Stößel zur Abgabe von Dosierstoff aus dem Dosierventil aufweist. Der Stößel umfasst endseitig einen Kolben, der in einem Zylinder bzw. in einem Hohlzylinders des Pneumatikaktors bewegbar gelagert ist. Zumindest eine Seite des Kolbens ist mit einem Druckmedium beaufschlagbar, um den Stößel in einer Richtung zu bewegen. Der Pneumatikaktor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zwei einander gegenüberliegende Seiten des Kolbens mit einem Druckmedium, bevorzugt direkt, beaufschlagbar sind, um den Stößel in unterschiedlichen, entgegengesetzten Richtungen zu bewegen. Entsprechend kann der Pneumatikaktor zwei Aktorkammern umfassen, wobei die beiden Seiten des Kolbens unterschiedlichen Aktorkammern zugewandt sind. Dem Pneumatikaktor ist zumindest ein pneumatisches Walzenventil oder Drehventil zugeordnet, um den Pneumatikaktor mit Druckmedium zu versorgen. Bevorzugt kann der Pneumatikaktor ein Walzenventil in Form eines 5/2-Wege Ventils aufweisen, wie an anderer Stelle beschrieben ist.The invention relates to a pneumatic actuator for a metering valve for dispensing a metering substance, in particular a pneumatic actuator as described above, which pneumatic actuator has a plunger for dispensing metering substance from the metering valve. The plunger comprises at its end a piston which is movably mounted in a cylinder or in a hollow cylinder of the pneumatic actuator. At least one side of the piston can be pressurized with a pressure medium to move the plunger in one direction. The pneumatic actuator is preferably designed such that two opposite sides of the piston can be pressurized with a pressure medium, preferably directly, to move the plunger in different, opposite directions. Accordingly, the pneumatic actuator can comprise two actuator chambers, with the two sides of the piston facing different actuator chambers. At least one pneumatic roller valve or rotary valve is associated with the pneumatic actuator to supply it with pressure medium. Preferably, the pneumatic actuator can have a roller valve in the form of a 5/2-way valve, as described elsewhere.
Ein erfindungsgemäßes Aktormodul weist einen erfindungsgemäßen Pneumatikaktor auf. Entsprechend hat das Aktormodul zumindest einen Stößel mit einem endseitigen Kolben und einen Zylinder bzw. Hohlzylinder, in dem der Stößel gleitend und dichtungsfrei gelagert ist. Bevorzugt weist das Aktormodul zumindest eine Aktorkammer auf, insbesondere zwei Aktorkammern.An actuator module according to the invention comprises a pneumatic actuator according to the invention. Accordingly, the actuator module has at least one plunger with an end piston and a cylinder or hollow cylinder in which the plunger is slidably and without seals mounted. Preferably, the actuator module has at least one actuator chamber, and in particular two actuator chambers.
Das Aktormodul weist zusätzlich zum Pneumatikaktor eine Fluidikeinheit auf, die mit dem Pneumatikaktor verbunden ist. Diese Verbindung kann fest sein oder reversibel bzw. lösbar. Bevorzugt können zumindest Teile der Fluidikeinheit mit dem Zylinder bzw. Hohlzylinder des Pneumatikaktors, der den Kolben enthält, verbunden sein und ein Modul bilden. Das Aktormodul kann vorzugsweise reversibel mit einem Modulträger verbunden werden, dem zumindest ein Pneumatikventil und eine Medienversorgung zugeordnet ist, wobei ein Dosierventil ausgebildet wird. Dies wird später beschrieben.In addition to the pneumatic actuator, the actuator module includes a fluidic unit connected to the pneumatic actuator. This connection can be fixed or reversible/detachable. Preferably, at least parts of the fluidic unit can be connected to the cylinder or hollow cylinder of the pneumatic actuator, which contains the piston, and form a module. The actuator module can preferably be reversibly connected to a module carrier, to which at least one pneumatic valve and a media supply are assigned, including a metering valve. This will be described later.
Die Fluidikeinheit ist dazu ausgebildet, um im Bereich der Stößelspitze des Stößels, zumindest im Betrieb, einen Dosierstoff bereitzustellen. Das Aktormodul kann eine vollständige oder eine partielle Fluidikeinheit aufweisen. Folglich ist es möglich, dass das Aktormodul nur Teile einer Fluidikeinheit aufweist, die mit anderen Komponenten zusammenwirken können, um eine betriebsbereite Fluidikeinheit auszubilden.The fluidic unit is designed to supply a metering medium in the area of the plunger tip, at least during operation. The actuator module can comprise a complete or a partial fluidic unit. Consequently, it is possible for the actuator module to contain only parts of a fluidic unit that can interact with other components to form a fully functional fluidic unit.
Vorteilhafterweise können durch den modularen Aufbau die Verschleißteile eines Dosierventils besonders schnell und einfach demontiert werden, z.B. für eine Reinigung, eine Wartung und/oder einen Tausch. Solche Verschleißteile sind u.a. der Stößel, eine Düse der Fluidikeinheit und eine Dichtung der Fluidikeinheit gegenüber dem Stößel. Weiterhin vorteilhaft können im Aktormodul die Toleranzketten möglichst gering gehalten werden. Dadurch kann eine Konzentrizität zwischen der Stößelspitze und der Düse, insbesondere einer Düsenöffnung, optimiert werden. Ein weiterer Vorteil kann sein, dass im Aktormodul Drehteile verwendet werden können, so dass die Anzahl an Teilen mit höchstem Anspruch an die Fertigungsgenauigkeit möglichst gering sein kann. Dadurch können die Herstellungskosten des Aktormoduls gesenkt werden. Weiterhin vorteilhaft können innerhalb eines Moduls optimierte Materialpaarungen an den Laufflächen des Stößels verwendet werden, um den Verschleiß zu reduzieren. Folglich können die Laufflächen des Kolbens und/oder der Stößelstange und die jeweils zugeordneten Bereiche der Innenwand des Hohlzylinders und/oder des Pneumatikaktors, gegenüber denen eine Relativbewegung erfolgt, aufeinander abgestimmte Materialien aufweisen.Advantageously, the modular design allows for particularly quick and easy disassembly of the wear parts of a metering valve, for example, for cleaning, maintenance, and/or replacement. These wear parts include the plunger, a nozzle of the fluidic unit, and a seal between the fluidic unit and the plunger. Furthermore, it is advantageous to keep tolerance chains within the actuator module as tight as possible. This optimizes concentricity between the plunger tip and the nozzle, especially the nozzle opening. Another advantage is the use of turned parts in the actuator module, minimizing the number of parts requiring the highest manufacturing precision. This reduces the manufacturing costs of the actuator module. Additionally, optimized material pairings can be used on the plunger's running surfaces within a single module to further reduce wear. Consequently, the running surfaces of the piston and/or the pushrod and the respective associated areas of the inner wall of the hollow cylinder and/or the pneumatic actuator, with respect to which a relative movement takes place, can have materials matched to each other.
Ein erfindungsgemäßer Dosierkopf weist zumindest ein erfindungsgemäßes Aktormodul auf, wobei das Aktormodul insbesondere lösbar am Dosierkopf angeordnet ist und wobei der Dosierkopf ein Versorgungselement mit Kanälen aufweist, um das Aktormodul im Betrieb mit Dosierstoff und mit Druckmedium zu versorgen.A dosing head according to the invention comprises at least one actuator module according to the invention, wherein the actuator module is in particular detachably arranged on the dosing head and wherein the dosing head has a supply element with channels to supply the actuator module with dosing material and pressure medium during operation.
Alternativ oder zusätzlich weist der Dosierkopf einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Aktormodulen auf, d.h. zwei oder mehr Aktormodule, wobei die jeweiligen Aktormodule insbesondere lösbar am Dosierkopf angeordnet sind und wobei der Dosierkopf ein Versorgungselement mit Kanälen aufweist, um die jeweiligen Aktormodule separat bzw. getrennt voneinander mit Dosierstoff und Druckmedium zu versorgen.Alternatively or additionally, the dosing head has a plurality of actuator modules according to the invention, i.e., two or more actuator modules, wherein the respective actuator modules are in particular detachably arranged on the dosing head and wherein the dosing head has a supply element with channels to supply the respective actuator modules separately or independently of each other with dosing material and pressure medium.
Ungeachtet der konkreten Ausführung, können einige oder alle Kanäle in das Versorgungselement integriert sein. Der Dosierkopf kann für jedes Aktormodul eine Halterung haben, um das Aktormodul im Betrieb am Dosierkopf zu halten. Die jeweilige Halterung kann vorzugsweise durch das Versorgungselement bereitgestellt sein. Der Dosierkopf kann zusätzlich zum Versorgungselement weitere Elemente aufweisen, z.B. einen Bewegungsmechanismus, um den Dosierkopf und die daran angeordneten Aktormodule relativ zu einer Dosieroberfläche zu bewegen. Bevorzugt kann der Dosierkopf einen Speicher für Druckmedium aufweisen. Aus diesem Speicher oder Tank können alle Pneumatikventile des Dosierkopfs im Betrieb versorgt werden. Vorteilhafterweise kann dieser Speicher bei einem zeitweise großen Bedarf an Druckmedium einen Puffer bilden, z.B. bei einer gepulsten, gleichzeitigen Dosierstoffabgabe einer Vielzahl von Aktormodulen. Weiter vorteilhaft kann die Konstruktion des Dosierkopfs vereinfacht werden, weil auf eine separate Versorgung jedes Pneumatikventils verzichtet werden kann.Regardless of the specific design, some or all channels can be integrated into the supply element. The dispensing head can have a holder for each actuator module to secure the actuator module to the dispensing head during operation. The respective holder can preferably be provided by the supply element. In addition to the supply element, the dispensing head can have further elements, such as a movement mechanism to move the dispensing head and the actuator modules arranged on it relative to a dispensing surface. Preferably, the dispensing head can have a reservoir for the pressure medium. All pneumatic valves of the dispensing head can be supplied from this reservoir or tank during operation. Advantageously, this reservoir can act as a buffer in the event of a temporarily high demand for pressure medium, for example, during pulsed, simultaneous dispensing of the metering medium by a large number of actuator modules. Furthermore, the design of the dispensing head can be simplified because a separate supply for each pneumatic valve is no longer necessary.
Der Dosierkopf kann zusätzlich zumindest ein Pneumatikventil haben, um die jeweiligen Aktormodule im Betrieb mit Druckmedium zu versorgen, insbesondere mittels der Kanäle im Versorgungselement. Das jeweilige Pneumatikventil kann Teil des Versorgungselements sein, insbesondere lösbar daran angeordnet sein. Weiterhin umfasst der Dosierkopf vorzugsweise eine Medienversorgung, um die jeweiligen Aktormodule im Betrieb mit Dosierstoff zu versorgen, insbesondere mittels der Kanäle im Versorgungselement. Die Kanäle des Versorgungselements können Teil der Medienversorgung sein. Bevorzugt kann das Versorgungselement mit einem Dosierstoffvorrat verbunden sein, der vorzugsweise getrennt von Dosierkopf ausgebildet ist, um dem Versorgungselement Dosierstoff zuzuführen.The metering head can additionally have at least one pneumatic valve to supply the respective actuator modules with a pressure medium during operation, in particular via the channels in the supply element. The respective pneumatic valve can be part of the supply element, and in particular can be detachably arranged on it. Furthermore, the metering head preferably includes a media supply to supply the respective actuator modules with metering fluid during operation, in particular via the channels in the supply element. The channels of the supply element can be part of the media supply. Preferably, the supply element can be connected to a metering fluid reservoir, which is preferably designed separately from the metering head, in order to supply the metering fluid to the supply element.
Bevorzugt hat der Dosierkopf zumindest einen Modulträger, dem ein Pneumatikventil und eine Medienversorgung zugeordnet ist. Der Dosierkopf kann eine Mehrzahl von solchen Modulträgern aufweisen, wobei jeweils ein Aktormodul mit einem Modulträger lösbar koppelbar ist, um ein Dosierventil auszubilden. Der jeweilige Modulträger ist bevorzugt auch dazu ausgebildet, um das Aktormodul im Betrieb am Dosierkopf zu halten. Je nach Ausführungsform, können einige oder alle Modulträger des Dosierkopfs mittels des Versorgungselements realisiert sein. Der Dosierkopf kann im Betrieb beweglich sein. Beispielsweise kann der (gesamte) Dosierkopf mit dem jeweiligen Aktormodul im Betrieb rotiert werden und/oder kann linear bewegt werden, insbesondere in Bezug auf eine Dosieroberfläche.Preferably, the dispensing head has at least one module carrier to which a pneumatic valve and a media supply are assigned. The dispensing head can have multiple such module carriers, with each actuator module being detachably coupled to a module carrier to form a dispensing valve. The respective module carrier is preferably also designed to hold the actuator module on the dispensing head during operation. Depending on the embodiment, some or all of the dispensing head's module carriers can be implemented using the supply element. The dispensing head can be movable during operation. For example, the (entire) dispensing head with the respective actuator module can be rotated during operation and/or moved linearly, particularly with respect to a dispensing surface.
Ein erfindungsgemäßes Dosierventil weist einen erfindungsgemäßen Pneumatikaktor auf, bevorzugt ein erfindungsgemäßes Aktormodul, und zumindest ein steuerbares Pneumatikventil und eine Medienversorgung. Es ist auch möglich, dass ein Dosierventil einen erfindungsgemäßen Pneumatikaktor und eine, z.B. lösbar damit koppelbare, Fluidikeinheit aufweist, sowie ein steuerbares Pneumatikventil und eine Medienversorgung. Diese Ausführungsform hat demnach kein Aktormodul. Das Pneumatikventil kann, ungeachtet der konkreten Ausführung, bevorzugt ein 5/2-Wege Ventil sein. Optional kann das Ventil ein pneumatisches Walzenventil sein, z.B. ein 5/2-Wege Ventil. Das Dosierventil kann, ungeachtet der konkreten Ausführung, Teil eines Dosierkopfs sein. Allerding kann das Dosierventil auch einzeln betrieben werden, insbesondere unabhängig von einem Dosierkopf.A metering valve according to the invention comprises a pneumatic actuator according to the invention, preferably an actuator module according to the invention, and at least one controllable pneumatic valve and a media supply. It is also possible for a metering valve to comprise a pneumatic actuator according to the invention and a fluid unit, which can be detachably coupled to it, as well as a controllable pneumatic valve and a media supply. This embodiment therefore does not have an actuator module. Regardless of the specific design, the pneumatic valve can preferably be a 5/2-way valve. Optionally, the valve can be a pneumatic roller valve, e.g., a 5/2-way valve. Regardless of the specific design, the metering valve can be part of a metering head. However, the metering valve can also be operated independently, in particular independently of a metering head.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren betrifft die Steuerung des Betriebs eines Pneumatikaktors für ein Dosierventil, insbesondere als Teil eines Dosierventils, zur Dosierung von Dosierstoff, bevorzugt einen erfindungsgemäßen Pneumatikaktor. Der Pneumatikaktor weist einen Stößel zur Abgabe von Dosierstoff aus dem Dosierventil auf, wobei der Stößel einstückig bzw. einteilig ausgebildet ist und endseitig einen Kolben umfasst, der in einem Zylinder bzw. Hohlzylinder des Pneumatikaktors dichtungsfrei gegenüber dem Zylinder bzw. Hohlzylinder, insbesondere der Innenwand des Zylinders, gelagert ist. In dem Verfahren wird zumindest eine Seite bzw. Fläche des Kolbens mit einem Druckmedium, insbesondere direkt, beaufschlagt, um den Stößel in einer Richtung zu bewegen.A method according to the invention relates to the control of the operation of a pneumatic actuator for a metering valve, in particular as part of a metering valve, for metering a dosing agent, preferably a pneumatic actuator according to the invention. The pneumatic actuator has a plunger for dispensing dosing agent from the metering valve, wherein the plunger is formed in one piece and comprises at its end a piston which is mounted in a cylinder or hollow cylinder of the pneumatic actuator without a seal against the cylinder or hollow cylinder, in particular the inner wall of the cylinder. In the method, at least one side or surface of the piston is acted upon with a pressure medium, in particular directly, in order to move the plunger in one direction.
In dem Verfahren kann bevorzugt der Betrieb eines Pneumatikaktors eines Aktormoduls gesteuert werden, wobei das Aktormodul Teil eines Dosierkopfs sein kann. Sofern der Dosierkopf eine Mehrzahl von Aktormodulen aufweist, können die Pneumatikaktoren bevorzugt separat bzw. getrennt voneinander gesteuert werden. Weiterhin kann in dem Verfahren der Betrieb eines Pneumatikaktors eines Dosierventils gesteuert werden. Das Dosierventil kann Teil eines Dosierkopfs sein oder kann unabhängig von einem Dosierkopf betrieben werden.The method preferably controls the operation of a pneumatic actuator of an actuator module, wherein the actuator module can be part of a dosing head. If the dosing head has a plurality of actuator modules, the pneumatic actuators can preferably be controlled separately or independently of each other. Furthermore, in The process controls the operation of a pneumatic actuator of a metering valve. The metering valve can be part of a metering head or can be operated independently of a metering head.
Vorteilhafterweise basieren das Aktormodul, der Dosierkopf und das Dosierventil sowie das Verfahren zur Steuerung des Pneumatikaktors auf dem erfindungsgemäßen Pneumatikaktor, so dass jeweils dieselben vorteilhaften Effekte erreicht werden können.Advantageously, the actuator module, the dosing head and the dosing valve as well as the method for controlling the pneumatic actuator are based on the pneumatic actuator according to the invention, so that the same advantageous effects can be achieved in each case.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können. Einige vorteilhafte Weiterbildungen des Pneumatikaktors werden anhand von Merkmalen eines Dosierventils oder eines Aktormoduls oder eines Dosierkopfs beschrieben. In Bezug auf diese Merkmale wird davon ausgegangen, dass der Pneumatikaktor Teil der entsprechenden Komponente ist und/oder zumindest damit wechselwirkt, so dass die beschriebenen Effekte erreicht werden.Further, particularly advantageous embodiments and developments of the invention are described in the dependent claims and the following description, wherein the claims of one claim category may also be further developed analogously to the claims and descriptions of another claim category, and in particular, individual features of different embodiments or variants may be combined to form new embodiments or variants. Some advantageous developments of the pneumatic actuator are described with reference to features of a metering valve, an actuator module, or a metering head. With regard to these features, it is assumed that the pneumatic actuator is part of the corresponding component and/or at least interacts with it, so that the described effects are achieved.
Der Pneumatikaktor ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, das zumindest teilweise eine zylinderartige Außenform hat. Zusätzlich kann das Gehäuse, sowohl außen als auch innen, Bereiche haben, nicht zylinderartig ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Gehäuse außenliegende Rastmittel haben, um das Gehäuse an einem Dosierkopf zu halten, und/oder kann Dichtmittel aufweisen, um den Pneumatikaktor mit Druckluftkanälen zu verbinden. In dem Gehäuse können zusätzlich zum Hohlzylinder und dem Stößel weitere Elemente des Pneumatikaktors angeordnet sein, insbesondere zwei Aktorkammern, ein (Hub-)Anschlag für den Stößel und optional eine Membran. Das Gehäuse kann vorzugsweise aus Metall gefertigt sein. Das Gehäuse kann vorzugsweise durch Ineinanderstecken mit einem zylinderförmigen Teil der Fluidikeinheit verbunden werden, um ein Aktormodul zu bilden.The pneumatic actuator is preferably arranged in a housing that has at least a partially cylindrical outer shape. Additionally, the housing may have non-cylindrical areas, both inside and out. For example, the housing may have external locking mechanisms to hold it to a metering head and/or seals to connect the pneumatic actuator to compressed air channels. In addition to the hollow cylinder and the plunger, further elements of the pneumatic actuator may be arranged in the housing, in particular two actuator chambers, a (stroke) stop for the plunger, and optionally a diaphragm. The housing is preferably made of metal. The housing can preferably be connected to a cylindrical part of the fluidic unit by nesting them together to form an actuator module.
Der Pneumatikaktor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zwei einander gegenüberliegende Seiten bzw. Flächen des Kolbens mit einem Druckmedium, bevorzugt direkt, beaufschlagbar sind, um den Stößel in unterschiedlichen, entgegengesetzten Richtungen zu bewegen. Entsprechend kann der Pneumatikaktor zwei Aktorkammern umfassen, wobei die beiden Seiten des Kolbens unterschiedlichen Aktorkammern zugewandt sind. Die beiden Aktorkammern sind vorzugsweise im Gehäuse des Pneumatikaktors angeordnet. Eine jeweilige Aktorkammer kann zumindest einen Teil des Hohlzylinders umfassen, in dem der Kolben im Betrieb bewegt wird. Ein Volumen einer jeweiligen Aktorkammer kann vorzugsweise einem Hubraum des Kolbens im Betrieb entsprechen.The pneumatic actuator is preferably designed such that two opposing sides or surfaces of the piston can be pressurized, preferably directly, with a pressure medium to move the plunger in different, opposite directions. Accordingly, the pneumatic actuator can comprise two actuator chambers, with the two sides of the piston facing different actuator chambers. The two actuator chambers are preferably arranged in the housing of the pneumatic actuator. Each actuator chamber can comprise at least a portion of the hollow cylinder in which the piston moves during operation. The volume of each actuator chamber can preferably correspond to the piston's stroke volume during operation.
Bevorzugt kann eine erste Seite des Kolbens, z.B. der Kolbengrund, einer ersten Aktorkammer zugewandt sein, insbesondere die Aktorkammer in eine Richtung begrenzen. Eine zweite Seite des Kolbens, die der ersten Seite gegenüberliegt, kann einer zweiten Aktorkammer zugewandt sein, insbesondere die Aktorkammer in eine Richtung begrenzen. Das bedeutet, dass die beiden Aktorkammern durch den bewegbaren Kolben getrennt sind. Die beiden Aktorkammern werden vorzugsweise durch eine Innenwand des Hohlzylinders und durch eine Außenoberfläche des Kolbens gebildet, optional durch eine Außenoberfläche der Stößelstange.Preferably, a first side of the piston, e.g., the piston base, can face a first actuator chamber, in particular defining the actuator chamber in one direction. A second side of the piston, opposite the first side, can face a second actuator chamber, in particular defining the actuator chamber in one direction. This means that the two actuator chambers are separated by the movable piston. The two actuator chambers are preferably formed by an inner wall of the hollow cylinder and by an outer surface of the piston, optionally by an outer surface of the pushrod.
Das Volumen der beiden Aktorkammern kann sich in Abhängigkeit einer Position des Kolbens im Hohlzylinder ändern. Es ist beispielsweise möglich, dass eine erste Aktorkammer, die vollständig mit Druckmedium gefüllt ist, kurzzeitig ein maximales Volumen hat, wobei die zweite, andere Aktorkammer gleichzeitig ein minimales Volumen hat. Jede Aktorkammer umfasst zumindest eine Zuleitung für Druckmedium, um die Seite des Kolbens, die der jeweiligen Aktorkammer zugewandt ist, mit Druckmedium zu beaufschlagen. Die Zuleitung kann z.B. mittels Bohrungen im Gehäuse des Pneumatikaktors realisiert sein. Insbesondere die zweite Aktorkammer kann eine Mehrzahl von Bohrungen im Gehäuse bzw. Durchtrittsöffnungen aufweisen, die z.B. kreisförmig im Gehäuse angeordnet sind, und die von einem ringförmigen Druckluftkanal abzweigen. Die jeweilige Aktorkammer mit der Zuleitung wird auch als Aktorraum bezeichnet.The volume of the two actuator chambers can change depending on the piston's position within the hollow cylinder. For example, a first actuator chamber, completely filled with pressurized fluid, may briefly have a maximum volume, while the second, other actuator chamber simultaneously has a minimum volume. Each actuator chamber includes at least one supply line for pressurized fluid to pressurize the side of the piston facing that chamber. This supply line can be implemented, for example, via bores in the pneumatic actuator housing. The second actuator chamber, in particular, can have multiple bores or openings in the housing, arranged, for example, in a circular pattern, branching off from an annular compressed air channel. The respective actuator chamber with its supply line is also referred to as the actuator space.
Die beiden Aktorkammern weisen jeweils einen eigenen Anschluss für Druckmedium auf, um den jeweiligen Aktorraum mit Druckmedium zu füllen und/oder um Druckmedium aus dem Aktorraum abzuführen. Vorzugsweise ist der jeweilige Anschluss mit einem Arbeitsanschluss eines Pneumatikventils verbunden. Das Druckmedium kann vorzugsweise komprimierte Luft sein, z.B. komprimierte Raumluft. Grundsätzlich sind auch andere komprimierte Gase möglich. Die Erfindung wird, ohne eine Beschränkung darauf, anhand von Druckluft als Druckmedium beschrieben. Ein Druck des einströmenden Druckmediums und/oder ein Druck des Druckmediums in der jeweiligen Aktorkammer zur Auslenkung des Stößels kann zumindest 2 bar, vorzugsweise zumindest 4 bar, bevorzugt zumindest 6 bar und/oder höchstens 100 bar, vorzugsweise höchstens 20 bar, bevorzugt höchstens 10 bar, sein. Mittels des Druckmediums kann der Kolben, und damit der gesamte Stößel, im Hohlzylinder des Pneumatikaktors auf und ab bewegt werden.The two actuator chambers each have their own connection for a pressure medium to fill the respective actuator chamber with pressure medium and/or to discharge pressure medium from the actuator chamber. Preferably, the respective connection is connected to a working port of a pneumatic valve. The pressure medium can preferably be compressed air, e.g., compressed room air. In principle, other compressed gases are also possible. The invention is described, without limitation, using compressed air as the pressure medium. The pressure of the inflowing pressure medium and/or the pressure of the pressure medium in the respective actuator chamber for deflecting the plunger can be at least 2 bar, preferably at least 4 bar, preferably at least 6 bar and/or at most 100 bar, preferably at most 20 bar, preferably at most 10 bar. The piston, and thus the entire plunger, can be moved up and down in the hollow cylinder of the pneumatic actuator by means of the pressure medium.
Vorteilhafterweise kann der Stößel durch zwei Aktorkammern besonders effizient in unterschiedlichen Richtungen bewegt werden, wobei die Aktorkammern mittels des Pneumatikventils entsprechend gefüllt und entlüftet werden. In der Beschreibung wird davon ausgegangen, ohne eine Beschränkung darauf, dass das Pneumatikventil ein 5/2-Wege-Magnetventil ist. Vorzugsweise wird der Stößel in Folge einer Befüllung der ersten Aktorkammer in Richtung der Düse der Fluidikeinheit bewegt, insbesondere so, dass die Stößelspitze einen Düseneinsatz direkt berührt. Bei einem Jetventil wird diese Bewegung des Stößels als Ausstoßbewegung bezeichnet, weil durch die Bewegung der Stößelspitze ein Tropfen des Dosierstoffs, quasi aktiv, aus der Düse ausgestoßen wird. Die Erfindung wird, ohne eine Beschränkung darauf, anhand eines Jetventils beschrieben. Um den Stößel von der Düse weg zu bewegen, kann die zweite Aktorkammer mit Druckmedium gefüllt werden und/oder die erste Aktorkammer kann entlüftet werden zum Druckabbau. Vorzugsweise können beide Vorgänge zumindest zeitweise parallel ablaufen. Entsprechend ist es in dem Verfahren bevorzugt, dass die erste Aktorkammer befüllt wird, während gleichzeitig die zweite Aktorkammer entlüftet wird, und umgekehrt.Advantageously, the plunger can be moved particularly efficiently in different directions by means of two actuator chambers, with the actuator chambers being filled and vented accordingly by means of the pneumatic valve. The description assumes, without limitation, that the pneumatic valve is a 5/2-way solenoid valve. Preferably, following the filling of the first actuator chamber, the plunger is moved towards the nozzle of the fluid unit, in particular such that the plunger tip directly contacts a nozzle insert. In a jet valve, this movement of the plunger is referred to as an ejection movement because the movement of the plunger tip actively ejects a droplet of the metering medium from the nozzle. The invention is described, without limitation, using a jet valve as an example. To move the plunger away from the nozzle, the second actuator chamber can be filled with pressurized medium and/or the first actuator chamber can be vented to reduce pressure. Preferably, both processes can occur in parallel, at least temporarily. Accordingly, in this process it is preferred that the first actuator chamber is filled while the second actuator chamber is vented at the same time, and vice versa.
Die jeweilige Bewegung des Stößels im Pneumatikaktor erfolgt vorzugsweise parallel zu einer Ausstoßrichtung von Dosierstoff aus dem Dosierventil. Zur Schaltung des Pneumatikaktors, insbesondere zum Druckaufbau bzw. Druckabbau in der jeweiligen Aktorkammer, kann das Pneumatikventil durch eine Steuereinrichtung entsprechend gesteuert werden. Die Steuereinrichtung kann Teil eines jeweiligen Dosierventils sein und/oder es kann eine übergeordnete Steuereinrichtung vorgesehen sein, die den Betrieb von mehreren Dosierventilen und/oder mehrere Dosierköpfen vorzugsweise separat steuert.The movement of the plunger in the pneumatic actuator preferably occurs parallel to the dispensing direction of the metering material from the metering valve. To control the pneumatic actuator, particularly to build up or release pressure in the respective actuator chamber, the pneumatic valve can be controlled accordingly by a control unit. The control unit can be part of the individual metering valve and/or a higher-level control unit can be provided that preferably controls the operation of several metering valves and/or several metering heads separately.
Vorteilhafterweise kann bei dem Pneumatikaktor auf eine Feder zur Bewegung des Kolbens verzichtet werden, was sich vorteilhaft auf die Leistung des Pneumatikaktors auswirkt. Bei bekannten Systemen wird häufig eine Feder eingesetzt, um den Stößel für eine Schließbewegung in Richtung der Düse zu bewegen, wobei für eine Gegenbewegung die Federkraft überwunden werden muss. Um die Federkraft zu überwinden, werden häufig Kolben mit relativ großen Durchmessern verwendet, insbesondere größer, als beim beschriebenen Pneumatikaktor. Das hat zur Folge, dass die Masse des Kolbens und des Stößels insgesamt zunimmt, was sich nachteilig auf die Beschleunigung und die Stößelgeschwindigkeit auswirkt. Ein großer Kolbendurchmesser kann weiterhin zur Folge haben, dass ein Aktorraum mit großem Füllvolumen benötigt wird, was sich ebenfalls nachteilig auf die Leistung des Pneumatikaktors auswirken kann. Weiterhin kann sich durch den großen Kolbendurchmesser eine Masse des Stößels erhöhen, was zu einem hohen Verschleiß im Bereich der Stößelspitze durch den Kontakt mit der Düse führen kann. Im Übrigen erfordert ein großer Kolbendurchmesser mehr Platz und erhöht somit den Bauraum des Pneumatikaktors. Die vorgenannten Nachteile können durch den besonderen Pneumatikaktor, insbesondere auf Grund der einteiligen Konstruktion und der zwei Aktorkammern, erheblich reduziert werden. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass der Pneumatikaktor prinzipiell auch nur eine Aktorkammer haben kann, wobei eine gegenläufige Bewegung des Stößels mittels Federkraft erfolgten kann Allerdings ist es bevorzugt, dass der Pneumatikaktor zwei Aktorkammern umfasst, wobei die Erfindung anhand einer solchen Ausführungform beschrieben wird.Advantageously, this pneumatic actuator eliminates the need for a spring to move the piston, which improves its performance. In known systems, a spring is often used to move the plunger towards the nozzle for a closing motion, but the spring force must be overcome for a return movement. To overcome this spring force, pistons with relatively large diameters are frequently used, particularly larger than those in the described pneumatic actuator. This results in an increase in the overall mass of the piston and plunger, which negatively impacts acceleration and plunger velocity. A large piston diameter can also necessitate a larger actuator chamber volume, which can further reduce the pneumatic actuator's performance. Additionally, the large piston diameter can increase the plunger mass, potentially leading to high wear at the plunger tip due to contact with the nozzle. Furthermore, a large piston diameter requires more space, thus increasing the overall installation volume of the pneumatic actuator. The aforementioned disadvantages can be significantly reduced by the special pneumatic actuator, particularly due to its one-piece construction and the two actuator chambers. For the sake of completeness, it should be noted that the pneumatic actuator can, in principle, also have only one actuator chamber, in which case a counter-rotating movement of the plunger can be effected by means of spring force. However, it is preferred that the pneumatic actuator comprises two actuator chambers, and the invention is described with reference to such an embodiment.
Da der Kolben dichtungsfrei im Hohlzylinder gelagert ist, kann im Betrieb zumindest zeitweise eine fluide Verbindung zwischen den beiden Aktorräumen bestehen. Vorzugsweise kann ein Spalt zwischen einer Außenoberfläche des Kolbens, auch bezeichnet als Stößelkopf, und einer Innenwand des Hohlzylinders weniger als 5 µm sein. Um im Betrieb den Verbrauch an Druckmedium möglichst zu reduzieren, kann der Pneumatikaktor wenigstens ein Dichtelement aufweisen. Dazu kann der Pneumatikaktor einen (Hub-)Anschlag für den Kolben aufweisen, welcher Anschlag ein erstes Dichtelement für den Kolben ausbildet. Der (Hub-)Anschlag ist vorzugsweise im Gehäuse des Pneumatikaktors angeordnet, z.B. lösbar. Beispielsweise kann der (Hub-)Anschlag von oben in das zylinderförmige Gehäuse des Pneumatikaktors eingesteckt oder eingepresst sein. Der (Hub-)Anschlag ist vorzugsweise einer Seite des Kolbens zugewandt, die von der Stößelspitze weg weist.Since the piston is mounted without a seal in the hollow cylinder, a fluid connection between the two actuator chambers can exist, at least temporarily, during operation. Preferably, the gap between an outer surface of the piston, also referred to as the plunger head, and an inner wall of the hollow cylinder can be less than 5 µm. To minimize the consumption of pressurized fluid during operation, the pneumatic actuator can have at least one sealing element. For this purpose, the pneumatic actuator can have a (stroke) stop for the piston, which stop forms a first sealing element for the piston. The (stroke) stop is preferably arranged in the housing of the pneumatic actuator, e.g., it can be removable. For example, the (stroke) stop can be inserted or pressed into the cylindrical housing of the pneumatic actuator from above. The (stroke) stop is preferably oriented towards a side of the piston that points away from the plunger tip.
Das erste Dichtelement ist vorzugsweise aus demselben Material, wie der (Hub-)Anschlag selbst. Das erste Dichtelement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, um in einer ersten Endposition des Stößels eine dichte Verbindung zwischen dem Kolben und einer nach innen weisenden Wand des Zylinders bzw. Hohlzylinders auszubilden. Der Begriff dicht wird in der Beschreibung vorzugsweise verstanden als eine im Wesentlichen luftdichte Verbindung. Die erste Endposition des Stößels ist vorzugsweise dadurch definiert, dass der Kolben am (Hub-)Anschlag des Pneumatikaktors anliegt und/oder dass das Volumen der ersten Aktorkammer minimal ist. Entsprechend kann in der ersten Endposition des Stößels die Düsenöffnung frei sein.The first sealing element is preferably made of the same material as the (stroke) stop itself. The first sealing element is preferably designed to form a tight seal between the piston and an inward-facing wall of the cylinder or hollow cylinder in a first end position of the plunger. In this description, the term "tight" is preferably understood to mean a substantially airtight seal. The first end position of the plunger is preferably defined by the piston being in contact with the (stroke) stop of the pneumatic actuator and/or by the volume of the first actuator chamber being at its minimum. Accordingly, the nozzle opening can be unobstructed in the first end position of the plunger.
Das erste Dichtelement kann vorzugsweise so mit einer (Grund-)Fläche des Kolbens zusammenwirken, dass in der ersten Endposition des Stößels die erste Aktorkammer dicht, insbesondere im Wesentlichen luftdicht, gegenüber der zweiten Aktorkammer verschlossen ist. Das erste Dichtelement ist vorzugsweise Teil der ersten Aktorkammer. Unter der jeweiligen (Grund-)Fläche des Kolbens wird ein Teil des Kolbens verstanden, der im Wesentlichen orthogonal zu einer Bewegungsrichtung des Kolbens im Betrieb ist.The first sealing element preferably interacts with a (base) surface of the piston such that, in the first end position of the plunger, the first actuator chamber is tightly, and in particular essentially airtight, sealed against the second actuator chamber. The first sealing element is preferably part of the first actuator chamber. The respective (base) surface of the piston is understood to be a portion of the piston that is essentially orthogonal to a direction of movement of the piston during operation.
Bei einem im Schnitt konzentrischen Kolben kann der (Hub-)Anschlag zumindest einen Abschnitt umfassen, der in Richtung des Kolbens weist und als Hohlzylinder ausgebildet ist. Der Hohlzylinder des (Hub-)Anschlags kann in den Hohlzylinder des Pneumatikaktors hineinreichen. Vorzugsweise kann der Kolben den Hohlzylinder des (Hub-)Anschlags in der Endposition direkt kontaktieren. Insbesondere kann ein dichter Kontakt zwischen einer (Grund-)Fläche des Kolbens und einem zugewandten Teil des Hohlzylinders hergestellt werden, sofern der Hohlzylinder vom Kolben bzw. von einer (Grund-)Fläche des Kolbens direkt kontaktiert wird und/oder wenn der Kolben in der ersten Endposition ist.In the case of a piston with a cross-sectionally concentric shape, the (stroke) stop can comprise at least one section that points towards the piston and is designed as a hollow cylinder. The hollow cylinder of the (stroke) stop can extend into the hollow cylinder of the pneumatic actuator. Preferably, the piston can directly contact the hollow cylinder of the (stroke) stop in its end position. In particular, tight contact can be established between a (base) surface of the piston and an adjacent part of the hollow cylinder, provided that the hollow cylinder is directly contacted by the piston or by a (base) surface of the piston and/or when the piston is in the first end position.
Der (Hub-)Anschlag ist vorzugsweise dazu ausgebildet, um Druckluft in die erste Aktorkammer einzubringen und/oder um Druckluft aus der ersten Aktorkammer abzuführen. Dazu kann der Hohlzylinder des (Hub-)Anschlags von Druckluft durchströmt werden als Zuleitung für Druckluft. Der Hohlzylinder des (Hub-)Anschlags kann Teil der ersten Aktorkammer sein. Ein Material des ersten Dichtelements und/oder des (Hub-)Anschlags kann vorzugsweise ausgewählt sein aus Metall. Da es beim ersten Dichtelement zu keiner Doppelpassung mit dem Stößel in der Düse kommen kann, müssen keine Toleranzen ausgeglichen werden, wobei auch mit harten Materialien eine Dichtwirkung erreicht wird.The (stroke) stop is preferably designed to introduce compressed air into the first actuator chamber and/or to discharge compressed air from the first actuator chamber. For this purpose, the hollow cylinder of the (stroke) stop can be filled with compressed air, serving as the compressed air supply line. The hollow cylinder of the (stroke) stop can be part of the first actuator chamber. The material of the first sealing element and/or the (stroke) stop is preferably selected to be metal. Since there is no double fit between the first sealing element and the plunger in the nozzle, no tolerances need to be compensated for, and a sealing effect is achieved even with hard materials.
Der Pneumatikaktor kann ein elastisches, insbesondere reversibel verformbares, Dichtelement aufweisen, das dazu ausgebildet ist, um in einer zweiten Endposition des Stößels, die sich von der ersten Endposition unterscheidet, eine dichte Verbindung zwischen dem Kolben und einer innenliegenden Wand des Zylinders bzw. Hohlzylinders auszubilden. Dieses zweite Dichtelement ist vorzugsweise separat ausgebildet gegenüber dem ersten Dichtelement. Die zweite Endposition des Stößels ist vorzugsweise dadurch definiert, dass das Volumen der zweiten Aktorkammer minimal ist und/oder dass die Stößelspitze die Düse, insbesondere einen Düseneinsatz, direkt kontaktiert. Das Dosierventil ist dann also vorübergehend geschlossen. Entsprechend kann der Pneumatikaktor eine elastische Endlagendichtung für den Stößel aufweisen.The pneumatic actuator can have an elastic, in particular reversibly deformable, sealing element designed to form a tight seal between the piston and an inner wall of the cylinder or hollow cylinder in a second end position of the plunger, which differs from the first end position. This second sealing element is preferably separate from the first sealing element. The second end position of the plunger is preferably defined by the volume of the second actuator chamber being minimal and/or by the plunger tip directly contacting the nozzle, in particular a nozzle insert. The metering valve is then temporarily closed. Accordingly, the pneumatic actuator can have an elastic end-position seal for the plunger.
Das zweite Dichtelement kann vorzugsweise so mit einer (Grund-)Fläche des Kolbens zusammenwirken, dass in der zweiten Endposition des Stößels die zweite Aktorkammer dicht, insbesondere im Wesentlichen luftdicht, gegenüber der ersten Aktorkammer verschlossen ist. Das zweite Dichtelement ist vorzugsweise Teil der zweiten Aktorkammer. Das zweite Dichtelement kann vorzugsweise einen Elastomer umfassen oder ein Elastomer sein. Vorzugsweise kann das Dichtelement eine Lippe umfassen, die in Richtung der (Grund-)Fläche des Kolbens weist und diese in der zweiten Endposition des Stößels direkt kontaktiert. Das Dichtelement kann auch als O-Ring realisiert sein, z.B. als Elastomer, oder als Wellenbalg, z.B. aus Metall.The second sealing element preferably interacts with a (base) surface of the piston in such a way that, in the second end position of the plunger, the second actuator chamber is tightly, and in particular essentially airtight, sealed from the first actuator chamber. The second sealing element is preferably part of the second actuator chamber. The second sealing element preferably comprises or is itself an elastomer. Preferably, the sealing element comprises a lip that points towards the (base) surface of the piston and directly contacts it in the second end position of the plunger. The sealing element can also be implemented as an O-ring, e.g., as an elastomer, or as a bellows, e.g., made of metal.
Ungeachtet des Materials ist das (erste und/oder zweite) Dichtelement vorzugsweise an die Ausgestaltung des Kolbens angepasst, insbesondere an die Form der (Grund-)Fläche und/oder an eine Querschnittfläche des Kolbens. Entsprechend kann das jeweilige Dichtelement auch oval oder eckig sein. Folglich kann der Kolben selbst im Querschnitt (viel-)eckig oder oval sein. Das bedeutet, dass die Erfindung nicht auf runde Kolben(-Querschnitte) beschränkt ist. Folglich kann auch der Hohlzylinder, in dem der Kolben bewegbar ist, im Querschnitt (viel-)eckig oder oval sein und muss nicht zwingend rund sein. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Hohlzylinder, der Kolben und die Stößelstange im Schnitt jeweils kreisrund sind.Regardless of the material, the (first and/or second) sealing element is preferably adapted to the design of the piston, in particular to the shape of the (base) surface and/or to a cross-sectional area of the piston. Accordingly, the respective sealing element can also be oval or rectangular. Consequently, the piston itself can have a polygonal or oval cross-section. This means that the invention is not limited to round pistons (cross-sections). Consequently, the hollow cylinder in which the piston is movable can also have a polygonal or oval cross-section and need not necessarily be round. However, it is preferred that the hollow cylinder, the piston, and the pushrod are each circular in cross-section.
Vorteilhafterweise kann durch die Dichtelemente der Verbrauch an Druckluft im Betrieb weiter reduziert werden, was die Betriebskosten senkt. Im geschlossenen Zustand des Dosierventils, was im Betrieb von Jetventilen der überwiegende Zustand ist, kann der Luftverbrauch des Pneumatikaktors sogar signifikant reduziert werden, wobei dann vorübergehend gar keine Druckluft verbraucht wird. Weiterhin vorteilhaft kann auf Grund der Elastizität des zweiten Dichtelements erreicht werden, dass der Stößel vor dem Einschlag in den Düseneinsatz nicht kritisch abgebremst wird, so dass gewünschte Dosierparameter eingehalten werden.Advantageously, the sealing elements allow for a further reduction in compressed air consumption during operation, thus lowering operating costs. When the metering valve is closed, which is the predominant operating state for jet valves, the pneumatic actuator's air consumption can be significantly reduced, with no compressed air being consumed at all during this time. Furthermore, the elasticity of the second sealing element ensures that the plunger is not decelerated before impacting the nozzle insert, thus maintaining the desired metering parameters.
Der Pneumatikaktor kann, alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Dichtelementen, eine (Dicht-)Membran aufweisen, die auf dem Kolben aufliegt, insbesondere auf einer Seite des Kolbens, die von der Stößelspitze weg weist. Vorzugsweise kann der Pneumatikaktor eine Kombination aus einem ersten Dichtelement und einer Membran (anstelle eines zweiten Dichtelements) haben. Bevorzugt ist eine Seite der Membran dem Kolben zugewandt und eine gegenüberliegende Seite der Membran weist vom Kolben weg. Die Membran ist bevorzugt separat bzw. gesondert ausgebildet gegenüber dem Stößel. Das bedeutet, dass die Membran dann nicht fest bzw. dauerhaft mit dem Kolben verbunden ist. In diesem Fall besteht kein Formschluss und auch kein Stoffschluss zwischen der Membran und dem Kolben. Alternativ kann die Membran mit dem Kolben verbunden sein, vorzugsweise nur in einem Mittelpunkt der Membran. Die Erfindung wird, ohne eine Beschränkung darauf, anhand einer losen Membran beschrieben.The pneumatic actuator can, alternatively or additionally to the described sealing elements, have a (sealing) diaphragm that rests on the piston, particularly on a side of the piston facing away from the plunger tip. Preferably, the pneumatic actuator can have a combination of a first sealing element and a diaphragm (instead of a second sealing element). Preferably, one side of the diaphragm faces the piston and the opposite side faces away from the piston. The diaphragm is preferably separate from the plunger. This means that the diaphragm is then not rigidly or permanently attached to the piston. The diaphragm is connected to the piston. In this case, there is no positive fit or material bond between the diaphragm and the piston. Alternatively, the diaphragm can be connected to the piston, preferably only at a central point of the diaphragm. The invention is described, without limitation, using a loose diaphragm as an example.
Die Membran ist im Zylinder bzw. Hohlzylinder bewegbar gelagert und kann in unterschiedliche Positionen bzw. Stellungen verbracht werden. Vorzugsweise kann die Membran mittels Druckmedium beaufschlagt und/oder ausgelenkt werden. Vorzugsweise kann eine Seite der Membran direkt mit Druckmedium beaufschlagt werden, um die Membran und/oder den Kolben in eine Richtung zu bewegen, insbesondere für eine Ausstoßbewegung. Vorzugsweise kann eine Gegenbewegung, entgegen der Ausstoßbewegung, der Membran und/oder des Kolbens dadurch erfolgen, dass eine von der Membran abgewandte Seite des Kolbens direkt mit Druckmedium beaufschlagt wird, wobei die Membran mittels des Stößels (indirekt) bewegt wird. Entsprechend wird die Membran vorzugsweise gemeinsam mit dem Kolben im Hohlzylinder auf und ab bewegt.The diaphragm is movably mounted within the cylinder or hollow cylinder and can be moved into different positions. Preferably, the diaphragm can be pressurized and/or deflected by means of a pressure medium. Preferably, one side of the diaphragm can be directly pressurized to move the diaphragm and/or the piston in one direction, particularly for an ejection movement. Preferably, a counter-movement, contrary to the ejection movement, of the diaphragm and/or the piston can be achieved by directly pressurizing a side of the piston facing away from the diaphragm, whereby the diaphragm is moved (indirectly) by means of the plunger. Accordingly, the diaphragm is preferably moved up and down within the hollow cylinder together with the piston.
Die Membran ist im Zylinder bzw. Hohlzylinder vorzugsweise bewegbar so gelagert, dass in einer Dichtstellung der Membran eine dichte Verbindung, insbesondere eine im Wesentlichen luftdichte Verbindung, zu einer inneren Wand des Zylinders bzw. Hohlzylinders ausgebildet ist oder ausgebildet wird. In einer anderen Stellung der Membran ist die Membran so im Zylinder bzw. Hohlzylinder positioniert, dass das Druckmedium von einer Seite der Membran zur anderen, gegenüberliegenden Seite der Membran strömen kann. Das bedeutet, dass die Membran nur in der Dichtstellung eine Dichtwirkung hat und im Übrigen, d.h. in anderen Positionen und/oder während einer Bewegung der Membran, (seitlich) vom Druckmedium passiert werden kann. Sofern die Membran nicht in der Dichtstellung ist, kann das Druckmedium zwischen der Membran und der Innenwand des Hohlzylinders hindurchströmen. Folglich ist es bevorzugt, dass ein Durchmesser der Membran größer ist als ein Durchmesser des Kolbens und/oder kleiner als ein Innenquerschnitt des Hohlzylinders des Pneumatikaktors, abgesehen von einem Anschlag für die Membran zur Erzeugung einer Dichtwirkung.The diaphragm is preferably movably mounted within the cylinder or hollow cylinder such that, in a sealing position, the diaphragm forms a tight connection, particularly a substantially airtight connection, to an inner wall of the cylinder or hollow cylinder. In another position, the diaphragm is positioned within the cylinder or hollow cylinder such that the pressure medium can flow from one side of the diaphragm to the opposite side. This means that the diaphragm only provides a seal in the sealing position and, in other positions and/or during movement of the diaphragm, can be passed (laterally) by the pressure medium. If the diaphragm is not in the sealing position, the pressure medium can flow between the diaphragm and the inner wall of the hollow cylinder. Consequently, it is preferred that the diameter of the diaphragm be larger than the diameter of the piston and/or smaller than the inner cross-section of the hollow cylinder of the pneumatic actuator, apart from a stop for the diaphragm to create a seal.
Der Hohlzylinder umfasst in seinem Innern vorzugsweise einen Anschlag für die Membran, um die Membran in der Dichtstellung anzuordnen. Der Anschlag kann vorzugsweise mittels einer bereichsweisen Veränderung eines Innenquerschnitts des Hohlzylinders realisiert sein. Vorzugsweise ist der Anschlag in Form einer Stufe realisiert, die zwei Bereiche des Hohlzylinder mit unterschiedlichem Durchmesser verbindet. Folglich kann die Membran den Anschlag abschnittsweise direkt kontaktieren, insbesondere oben aufliegen, z.B. auf der Stufe, wobei die Membran in der Dichtstellung ist. Um die Membran in die Dichtstellung zu verbringen, kann die Membran, z.B. ausgehend von der ersten Endposition des Stößels, mit Druckmedium beaufschlagt werden, so dass die Membran gemeinsam mit dem Stößel bewegt wird. Der Kolben wird dann nur indirekt mit Druckmedium beaufschlagt. In Folge der Bewegung liegt ein äußerer Teil der Membran dem Anschlag auf, wobei eine Dichtwirkung erzeugt wird. Ein mittlerer Bereich der Membran wird durch den einseitigen Überdruck weiter ausgelenkt bzw. gebogen, so dass der Stößel mittels der Membran in den Düseneinsatz gedrückt wird. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass im geschlossenen Zustand des Dosierventils keine Luft durch den Pneumatikaktor verbraucht wird. Die Membran kann also eine Trennwand zwischen den beiden Aktorkammern des Pneumatikaktors bilden, insbesondere in der Dichtstellung.The hollow cylinder preferably includes an internal stop for the diaphragm to position the diaphragm in the sealing position. The stop can preferably be implemented by a section-by-section change in the internal cross-section of the hollow cylinder. Preferably, the stop is in the form of a step connecting two sections of the hollow cylinder with different diameters. Consequently, the diaphragm can contact the stop directly in sections, particularly resting on top of it, e.g., on the step, with the diaphragm in the sealing position. To move the diaphragm into the sealing position, it can be pressurized with a pressure medium, e.g., starting from the first end position of the plunger, so that the diaphragm moves together with the plunger. The piston is then only indirectly pressurized with the pressure medium. As a result of the movement, an outer part of the diaphragm rests against the stop, creating a sealing effect. A central section of the diaphragm is further deflected or bent by the one-sided overpressure, so that the plunger is pressed into the nozzle insert by means of the diaphragm. Advantageously, this ensures that no air is consumed by the pneumatic actuator when the metering valve is closed. The diaphragm can therefore form a partition between the two actuator chambers of the pneumatic actuator, particularly in the sealing position.
Um das Dosierventil zu öffnen bzw. um den Stößel in die erste Endposition zu bringen, kann der Stößel auf einer Seite direkt mit Druckluft beaufschlagt werden, die von der Membran weg weist, wobei der Stößel gemeinsam mit der Membran bewegt wird, bis der Stößel die erste Endposition erreicht hat und/oder bis die Membran einen (Hub-)Anschlag des Pneumatikaktors kontaktiert. Der (Hub-)Anschlag kann, wie beschrieben, einen Hohlzylinder umfassen, der in Richtung des Kolbens weist, wobei eine Wand des Hohlzylinders von der Membran kontaktiert werden kann. Diese Wand des (Hub-)Anschlags kann in Richtung des Kolbens weisend eine oder mehrere (Material-)Aussparungen oder Ausschnitte haben, wobei im Bereich der Aussparungen kein direkter Kontakt zwischen Membran und Hohlzylinder bzw. (Hub-)Anschlag erfolgt. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass bei einer Bewegung des Kolbens in Richtung des (Hub-)Anschlags, also z.B. bei einer Aufwärtsbewegung, Druckluft aus der ersten Aktorkammer mittels der Aussparungen in das Innere des Hohlzylinders des (Hub-)Anschlags eintreten kann und darüber aus dem Pneumatikaktor abgeführt werden kann. Damit wird eine (Aufwärts-)Bewegung des Kolbens möglichst wenig bzw. gar nicht gebremst. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch sichergestellt, dass der Stößel (über die Membran) sicher an den (Hub-)Anschlag gedrückt wird und nicht nur die Membran daran anliegt und dichtet. Entsprechend weist der (Hub-)Anschlag bei dieser Ausführungsform vorzugsweise selbst kein zusätzliches Dichtelement auf. Der Pneumatikaktor ist bevorzugt so realisiert, dass zumindest in der ersten Endposition des Stößels, vorzugsweise auch während einer (Aufwärts-)Bewegung des Kolbens, ein konstanter Luftstrom die Membran passieren kann in Richtung des (Hub-)Anschlags, vorzugsweise seitlich zwischen Membran und der Innenwand des Hohlzylinders des Pneumatikaktors.To open the metering valve or to move the plunger to its first end position, the plunger can be directly pressurized with compressed air on the side facing away from the diaphragm. The plunger moves together with the diaphragm until it reaches its first end position and/or until the diaphragm contacts a (stroke) stop of the pneumatic actuator. As described, the (stroke) stop can comprise a hollow cylinder pointing towards the piston, with one wall of the hollow cylinder being contactable by the diaphragm. This wall of the (stroke) stop can have one or more (material) recesses or cutouts facing the piston, with no direct contact between the diaphragm and the hollow cylinder or (stroke) stop occurring in the area of the recesses. Advantageously, this allows compressed air from the first actuator chamber to enter the interior of the hollow cylinder of the (stroke) stop through the recesses during piston movement towards the (stroke) stop, i.e., during an upward movement, and to be discharged from the pneumatic actuator via this opening. This minimizes or eliminates any resistance to the piston's (upward) movement. Furthermore, this advantageously ensures that the plunger (via the diaphragm) is securely pressed against the (stroke) stop, and not just that the diaphragm rests against it and seals. Accordingly, in this embodiment, the (stroke) stop itself preferably does not have an additional sealing element. The pneumatic actuator is preferably designed such that, at least in the first end position of the plunger, and preferably also during an (upward) movement of the piston, a constant airflow can pass through the diaphragm towards the (stroke) stop, preferably laterally between the diaphragm and the piston. ran and the inner wall of the hollow cylinder of the pneumatic actuator.
Der Anschlag für die Membran ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Membran den Anschlag kontaktiert, bevor die Stößelspitze den Düseneinsatz kontaktiert. Bevorzugt ist der Anschlag so realisiert, dass der Stößel um eine Distanz von höchstens 100 µm bewegt wird, nachdem die Membran in der Dichtstellung ist. Das bedeutet, dass die Membran nach Erreichen der Dichtstellung um höchstens 100 µm ausgelenkt bzw. durchgebogen wird in einem mittleren Bereich. Vorteilhafterweise kann dadurch erreicht werden, dass der Stößel vor dem Einschlag in den Düseneinsatz kaum oder gar nicht abgedämpft wird, wobei dennoch eine Optimierung des Luftverbrauchs erfolgt.The stop for the diaphragm is preferably designed such that the diaphragm contacts the stop before the plunger tip contacts the nozzle insert. Preferably, the stop is designed such that the plunger is moved by a distance of at most 100 µm after the diaphragm is in the sealing position. This means that the diaphragm is deflected or bent by at most 100 µm in a central region after reaching the sealing position. Advantageously, this results in the plunger being hardly or not at all damped before impacting the nozzle insert, while still optimizing air consumption.
Die Membran ist vorzugsweise sehr dünn ausgebildet, um eine möglichst kleine Federrate zu erreichen. Beispielsweise kann die Membran scheibenartig sein, insbesondere hohlraumfrei. Eine Dicke der Membran kann z.B. zumindest 5 µm sein, vorzugsweise zumindest 10 µm und/oder höchstens 100 µm, vorzugsweise höchstens 50 µm. Das Material der Membran kann Metall sein und/oder Kunststoff und/oder Elastomer. Beispielsweise kann die Membran aus Edelstahl bestehen. Die Membran kann vorzugsweise eine runde Form haben. Prinzipiell sind auch ovale oder eckige Membrane möglich.The diaphragm is preferably very thin to achieve the lowest possible spring rate. For example, the diaphragm can be disc-shaped, and in particular, free of cavities. The thickness of the diaphragm can be, for example, at least 5 µm, preferably at least 10 µm and/or at most 100 µm, preferably at most 50 µm. The diaphragm material can be metal and/or plastic and/or elastomer. For example, the diaphragm can be made of stainless steel. The diaphragm is preferably round. In principle, oval or rectangular diaphragms are also possible.
Die zuvor beschriebene (Dicht-)Membran und/oder die im Zusammenhang mit der (Dicht-)Membran beschriebenen Merkmale können bevorzugt bei dem Pneumatikaktor gemäß der Erfindung eingesetzt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine (Dicht-)Membran und/oder die im Zusammenhang mit der (Dicht-)Membran beschriebenen Merkmale nicht auf einen Pneumatikaktor gemäß der Erfindung beschränkt sind. Vielmehr stellt die Verwendung einer (Dicht-)Membran als Endlagendichtung in einem Pneumatikaktor einen eigenständigen Teilaspekt der Erfindung dar. Entsprechend kann eine (Dicht-)Membran als Endlagendichtung, insbesondere auch die beschriebenen Weiterbildungen, in Kombination mit unterschiedlichen Pneumatikaktoren verwendet werden, z.B. mit bekannten Pneumatikaktoren. Es ist deshalb insbesondere möglich, dass eine (Dicht-)Membran als Endlagendichtung zum Betrieb eines Pneumatikaktors eingesetzt wird, der einen mehrteiligen Stößel hat und/oder der einen Kolben mit einer Kolbendichtung aufweist.The sealing membrane described above and/or the features described in connection with the sealing membrane can preferably be used in the pneumatic actuator according to the invention. However, it should be noted that a sealing membrane and/or the features described in connection with the sealing membrane are not limited to a pneumatic actuator according to the invention. Rather, the use of a sealing membrane as an end-position seal in a pneumatic actuator constitutes an independent aspect of the invention. Accordingly, a sealing membrane as an end-position seal, and in particular the described embodiments, can be used in combination with various pneumatic actuators, e.g., with known pneumatic actuators. It is therefore particularly possible for a sealing membrane to be used as an end-position seal for operating a pneumatic actuator that has a multi-part plunger and/or a piston with a piston seal.
Der Pneumatikaktor ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Gewicht des gesamten Stößels geringer als 2 Gramm ist, vorzugsweise geringer als 1,5 Gramm, bevorzugt geringer als 1 Gramm, besonders bevorzugt geringer als 0,5 Gramm. Alternativ oder zusätzlich kann ein Gewicht des Stößels wenigstens 0,1 Gramm sein, vorzugsweise mehr als 0,1 Gramm. Vorzugsweise kann ein Gewicht des Stößels wenigstens 0,25 Gramm sein und/oder höchstens 1,4 Gramm sein.The pneumatic actuator is preferably designed such that the weight of the entire plunger is less than 2 grams, preferably less than 1.5 grams, more preferably less than 1 gram, and particularly preferably less than 0.5 grams. Alternatively or additionally, the plunger may weigh at least 0.1 grams, preferably more than 0.1 grams. Preferably, the plunger may weigh at least 0.25 grams and/or at most 1.4 grams.
Ein Material des Stößels kann ausgewählt sein aus Hartmetall, z.B. Wolframcarbid, vorzugsweise mit einer Dichte von 14,5 g/cm3, und/oder aus Keramik, z.B. Zirkonoxid, vorzugsweise mit einer Dichte von 6 g/cm3, und/oder Siliziumnitrid, vorzugsweise mit einer Dichte von 3,21 g/cm3. Alternativ oder zusätzlich kann ein Material des Stößels ausgewählt sein aus Polyetheretherketon (PEEK), vorzugsweise mit einer Dichte von 1,32 g/cm3, und/oder aus Polyetheretherketon mit Kohlenstofffasern, vorzugsweise mit einer Dichte von 1,42 g/cm3, und/oder aus Titan, vorzugsweise mit einer Dichte von 4,51 g/cm3, und/oder aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise mit einer Dichte von 1,5 g/cm3. Das Material des Stößels kann eine Mischung einiger oder aller der vorgenannten Materialien sein. Besonders bevorzugt werden sehr leichte Materialien für den Stößel verwendet, z.B. Siliziumnitrid und PEEK mit Kohlenstofffasern und CFK. Beispielsweise kann der Stößel PEEK mit einem Kohlenstofffaseranteil von 30 Gew.-% umfassen, insbesondere daraus bestehen. Grundsätzlich kann das Material des Stößels, z.B. ein Thermoplast, einen Kohlenstofffaseranteilvon bis zu 50 Gew.-% oder bis zu 60 Gew.-% haben.The plunger material can be selected from hard metal, e.g., tungsten carbide, preferably with a density of 14.5 g/ cm³ , and/or from ceramic, e.g., zirconium oxide, preferably with a density of 6 g/ cm³ , and/or silicon nitride, preferably with a density of 3.21 g/ cm³ . Alternatively or additionally, the plunger material can be selected from polyetheretherketone (PEEK), preferably with a density of 1.32 g/ cm³ , and/or from polyetheretherketone with carbon fibers, preferably with a density of 1.42 g/ cm³ , and/or from titanium, preferably with a density of 4.51 g/ cm³ , and/or from carbon fiber reinforced plastic, preferably with a density of 1.5 g/ cm³ . The plunger material can be a mixture of some or all of the aforementioned materials. Particularly preferred are very lightweight materials for the plunger, e.g., silicon nitride and PEEK with carbon fibers and CFRP. For example, the plunger can comprise, or even consist entirely of, PEEK with a carbon fiber content of 30 wt.%. In principle, the plunger material, e.g., a thermoplastic, can have a carbon fiber content of up to 50 wt.% or up to 60 wt.%.
Ein äußerer Durchmesser des Kolbens kann weniger als 6 Millimeter (mm) sein, vorzugsweise weniger als 5 mm. Alternativ oder zusätzlich kann ein äußerer Durchmesser des Kolbens mehr als 3 mm sein, vorzugsweise mehr als 4 mm, insbesondere etwa 4,62 mm.The outer diameter of the piston can be less than 6 millimeters (mm), preferably less than 5 mm. Alternatively or additionally, the outer diameter of the piston can be more than 3 mm, preferably more than 4 mm, in particular about 4.62 mm.
Rein beispielhaft kann ein Kolben einen Durchmesser von etwa 4,62 mm haben, wobei der gesamte Stößel (inklusive Kolben) aus etwa 1,16 Gramm Hartmetall, 0,49 Gramm Zirkonoxid und 0,26 Gramm Siliziumnitrid besteht. Vorteilhafterweise kann dadurch ein besonders leichter und kleiner Stößel bereitgestellt werden, wobei bekannte Stößel und Kolben von Pneumatikaktoren üblicherweise ein Gewicht von mehr als 5 Gramm haben, häufig zwischen 5 und 20 Gramm, und wobei ein Kolbendurchmesser häufig zwischen 15 und 30 Millimetern ist. Ein Vorteil der relativ geringen Masse ist ein geringerer Verschleiß beim Einschlag des Stößels in der Düse, besonders bei gefüllten Medien bzw. Dosierstoffen. Bei gefüllten Dosierstoffen mit besonders weichen Bestandteilen, z.B. Lotpaste oder Goldfüllung, werden die Partikel durch den besonderen Stößel nicht so stark verformt, wie bei schweren bzw. bekannten Stößeln, was zu einer Verstopfung der Düse führen kann. Somit muss die Düse wegen des besonderen Stößels weniger häufig gereinigt werden und es kann ein stabilerer Dosierprozess erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft kann bei dem beschriebenen Stößel ein besonders kleiner Bauraum des Pneumatikaktors erreicht werden. Durch Einstellung einer bestimmten Hublänge des Stößels im Betrieb, z.B. 500 µm, können auch bei einem relativ kleinen Kolbendurchmesser vergleichbare Schließgeschwindigkeiten des Stößels erreicht werden wie bei bekannten Pneumatikaktoren mit erheblich schwereren Stößeln, wobei das geringe Gewicht des Stößels und das Vorsehen von zwei Aktorkammern diesen Effekt verstärken können. Bei größeren Hüben des Stößels, z.B. größer als 500 µm, können mit dem besonderen Pneumatikaktor auch deutlich höhere Stößelgeschwindigkeiten als mit bekannten Pneumatikaktoren erreicht werden.As a purely illustrative example, a piston can have a diameter of approximately 4.62 mm, with the entire plunger (including the piston) consisting of approximately 1.16 grams of hard metal, 0.49 grams of zirconium oxide, and 0.26 grams of silicon nitride. This advantageously allows for a particularly light and compact plunger, whereas conventional plungers and pistons for pneumatic actuators typically weigh more than 5 grams, often between 5 and 20 grams, and have a piston diameter often between 15 and 30 millimeters. An advantage of the relatively low mass is reduced wear when the plunger impacts the nozzle, especially with filled media or metering fluids. With filled metering fluids containing particularly soft components, such as solder paste or gold filling, the particles are not deformed as much by the special plunger as with heavier or conventional plungers, which can lead to nozzle clogging. Therefore, the nozzle requires less frequent cleaning due to the special plunger, resulting in a more stable metering process. This can be achieved. Furthermore, the described plunger allows for a particularly small installation space for the pneumatic actuator. By setting a specific plunger stroke length during operation, e.g., 500 µm, comparable plunger closing speeds can be achieved even with a relatively small piston diameter, as with known pneumatic actuators with considerably heavier plungers. The low weight of the plunger and the provision of two actuator chambers can enhance this effect. With larger plunger strokes, e.g., greater than 500 µm, significantly higher plunger speeds than with known pneumatic actuators can be achieved with this special pneumatic actuator.
Vorzugsweise kann die Stößelgeschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Stößels im Betrieb eingestellt werden durch zumindest einen der folgenden Parameter: einen (Füll-)Druck der Aktorkammern, eine Masse des Stößels, ein Hub des Stößels. Prinzipiell kann der Pneumatikaktor so ausgebildet sein, dass eine theoretische Beschleunigung (ohne Reibung und Verluste) größer als 1000 g ist.Preferably, the plunger speed and/or acceleration can be adjusted during operation by at least one of the following parameters: the (filling) pressure of the actuator chambers, the mass of the plunger, or the stroke of the plunger. In principle, the pneumatic actuator can be designed such that a theoretical acceleration (without friction or losses) is greater than 1000 g.
Vorzugsweise ist der Pneumatikaktor so ausgebildet, dass im Betrieb nur ein bestimmter Teilabschnitt des Stößels mit Dosiermedium benetzt ist. Vorzugsweise kann ein benetzter Teilabschnitt der Stößelstange ausgehend von der Stößelspitze eine Länge von höchstens 6 mm haben, bevorzugt höchstens 5 mm, weiter bevorzugt höchstens 4 mm, weiter bevorzugt höchstens 3 mm, besonders bevorzugt höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1 mm. Vorteilhafterweise kann eine möglichst geringe Benetzung der Stößelstange dazu beitragen, dass im Betrieb am Stößel auftretende Dämpfung und Reibung verringert wird.Preferably, the pneumatic actuator is designed such that only a specific section of the plunger is wetted with the metering medium during operation. Preferably, a wetted section of the plunger rod, extending from the plunger tip, can have a length of at most 6 mm, more preferably at most 5 mm, more preferably at most 4 mm, more preferably at most 3 mm, most preferably at most 2 mm, and particularly preferably at most 1 mm. Advantageously, minimizing the wetted section of the plunger rod can help to reduce damping and friction occurring at the plunger during operation.
Der Pneumatikaktor kann zumindest eine Dichtung haben, die so ausgebildet ist, dass nur ein bestimmter Teilabschnitt der Stößelstange mit Dosierstoff in Kontakt kommt. Diese Dichtung, auch bezeichnet als Dosierstoffdichtung, kann eine Auskragung haben, wobei eine Dichtlippe in Richtung der Stößelspitze weist und/oder vorsteht. Dadurch kann eine Dichtwirkung näher an der Stößelspitze erzeugt werden, wobei die benetzte Länge des Stößels verkürzt werden kann. Bevorzugt kann eine solche Dosierstoffdichtung als Teil der Fluidikeinheit realisiert sein, insbesondere in einem zylinderförmigen Abschnitt der Fluidikeinheit.The pneumatic actuator can have at least one seal designed such that only a specific section of the plunger comes into contact with the metering fluid. This seal, also referred to as a metering fluid seal, can have a projection with a sealing lip facing and/or protruding towards the plunger tip. This allows a sealing effect to be created closer to the plunger tip, thereby shortening the wetted length of the plunger. Preferably, such a metering fluid seal can be implemented as part of the fluidic unit, particularly in a cylindrical section of the fluidic unit.
Der Pneumatikaktor kann so ausgebildet sein, dass die Stößelstange zumindest im Bereich der Dosierstoffdichtung des Pneumatikaktors eine Beschichtung aufweist, die einen Reibwert eines Grundmaterials der Stößelstange reduziert. Unter Reibwert wird eine Reibkraft verstanden, also der Wert der Reibung, der zwischen Stößelstange und Dosierstoffdichtung wirkt.The pneumatic actuator can be designed such that the pushrod, at least in the area of the metering seal of the pneumatic actuator, has a coating that reduces the coefficient of friction of the pushrod's base material. Coefficient of friction refers to the frictional force, i.e., the value of the friction acting between the pushrod and the metering seal.
Der Pneumatikaktor kann so ausgebildet sein, dass ein Verhältnis eines äußeren Umfangs des Kolbens und eines äußeren Umfangs der Stößelstange zumindest 3 zu 1 oder größer ist, vorzugsweise 4 zu 1. Beispielsweise kann ein Durchmesser eines runden Kolbens etwa 4 mm sein und ein Durchmesser einer runden Stößelstange etwa 1 mm sein. Der Durchmesser der Stößelstange kann vorzugsweise ein mittlerer Durchmesser sein, bezogen auf die Längserstreckung der Stößelstange. Vorteilhafterweise kann durch einen möglichst kleinen Durchmesser der Stößelstange Reibung im Bereich der Dosierstoffdichtung weiter reduziert werden.The pneumatic actuator can be designed such that the ratio of the piston's outer circumference to the pushrod's outer circumference is at least 3:1 or greater, preferably 4:1. For example, the diameter of a round piston can be approximately 4 mm and the diameter of a round pushrod approximately 1 mm. The pushrod diameter can preferably be a mean diameter based on the pushrod's longitudinal extent. Advantageously, using the smallest possible pushrod diameter further reduces friction in the area of the metering fluid seal.
Der Pneumatikaktor kann, wie beschrieben, einen (Hub-)Anschlag für den Kolben aufweisen, um einen bestimmten Stößelhub oder Aktorhub und/oder eine bestimmte Geschwindigkeit des Stößels im Betrieb einzustellen. Der (Hub-)Anschlag ist vorzugsweise dazu ausgebildet, um den Stößel in die erste Endposition zu bringen und/oder um den Stößel in der ersten Endposition zu halten. Insbesondere kann mittels des (Hub-)Anschlags eine Bewegung des Stößels beendet werden, sobald die erste Endposition erreicht ist. Bevorzugt umfasst der (Hub-)Anschlag einen Hohlzylinder, wobei der Kolben in der ersten Endposition (direkt oder indirekt) an einer zum Kolben weisenden ringförmigen Wand des Hohlzylinders anliegt. Der (Hub-)Anschlag kann fest mit dem Gehäuse des Pneumatikaktors verbunden sein oder kann lösbar in das Gehäuse integriert sein. Vorzugsweise kann der (Hub-)Anschlag in einen zylinderförmigen Abschnitt des Gehäuses des Pneumatikaktors eingepresst sein, insbesondere abgedichtet gegenüber dem Gehäuse.As described, the pneumatic actuator can have a (stroke) stop for the piston to set a specific plunger stroke or actuator stroke and/or a specific plunger speed during operation. The (stroke) stop is preferably designed to move the plunger into the first end position and/or to hold the plunger in the first end position. In particular, the (stroke) stop can terminate the plunger movement as soon as the first end position is reached. Preferably, the (stroke) stop comprises a hollow cylinder, wherein the piston, in the first end position, bears (directly or indirectly) against an annular wall of the hollow cylinder facing the piston. The (stroke) stop can be fixedly connected to the housing of the pneumatic actuator or can be detachably integrated into the housing. Preferably, the (stroke) stop can be pressed into a cylindrical section of the housing of the pneumatic actuator, in particular sealed against the housing.
Um einen bestimmten Aktorhub einzustellen, kann eine Position des (Hub-)Anschlags im Pneumatikaktor verändert werden und/oder es kann eine bestimmte Position des (Hub-)Anschlags relativ zum Gehäuse des Pneumatikaktors eingestellt werden und/oder es kann eine bestimmte Länge des (Hub-)Anschlags eingestellt werden. Beispielsweise können eine oder mehrere Unterlegscheiben am (Hub-)Anschlag angeordnet werden, um einen bestimmten Abstand zwischen (Hub-)Anschlag und Düse zu erreichen. Es ist auch möglich, dass der (Hub-)Anschlag verstellbar ist, z.B. automatisch oder manuell, um den Hub stufenlos einzustellen und Toleranzen auszugleichen. Alternativ oder zusätzlich können in dem Pneumatikaktor unterschiedlich lange Stößel verwendet werden, um einen bestimmten Hub zu erreichen. Unter dem Hub wird ein Weg verstanden, den der Kolben bzw. der Stößel im Pneumatikaktor bei einer Aufwärts- und Abwärtsbewegung zurücklegt.To set a specific actuator stroke, the position of the (stroke) stop in the pneumatic actuator can be changed, and/or the position of the (stroke) stop relative to the pneumatic actuator housing can be set, and/or the length of the (stroke) stop can be set. For example, one or more washers can be placed on the (stroke) stop to achieve a specific distance between the (stroke) stop and the nozzle. It is also possible for the (stroke) stop to be adjustable, e.g., automatically or manually, to allow for stepless stroke adjustment and to compensate for tolerances. Alternatively or additionally, plungers of different lengths can be used in the pneumatic actuator to achieve a specific stroke. The stroke is defined as the distance the piston or plunger travels in the pneumatic actuator during an upward and downward movement.
Der Aktorhub bzw. der Stößelhub kann sich z.B. nach der Viskosität des Dosierstoffs richten. Für sehr niederviskose Medien kann ein Stößelhub von zumindest 50 µm und/oder höchstens 150 µm bevorzugt sein. Bei hochviskosen Medien, wo deutlich mehr Stößelgeschwindigkeit benötigt wird, kann ein Stößelhub z.B. 0,5 mm bis mehrere Millimeter sein. Entsprechend kann der Stößelhub bis zu 2 mm sein, optional bis zu 5 mm. Ein minimaler Stößelhub kann etwa 50 µm sein.The actuator stroke, or plunger stroke, can be determined, for example, by the viscosity of the metering medium. For very low-viscosity media, a plunger stroke of at least 50 µm and/or at most 150 µm may be preferred. For high-viscosity media, where significantly higher plunger speeds are required, the plunger stroke can range from 0.5 mm to several millimeters. Accordingly, the plunger stroke can be up to 2 mm, optionally up to 5 mm. A minimum plunger stroke can be approximately 50 µm.
Ein Hubraum einer jeweils zu füllenden Aktorkammer hängt u.a. vom eingestellten Hub ab und kann entsprechend durch eine Position des Hubanschlags verändert werden. Beispielsweise kann bei relativ kleinen Hüben, z.B. 50 µm, ein Hubraum etwa 0,8mm3 sein. Bei größeren Hüben von z.B. 2 mm kann ein Hubraum 33 mm3 sein und bei Hüben von 5 mm kann ein Hubraum 84 mm3 sein.The displacement volume of each actuator chamber to be filled depends, among other things, on the set stroke and can be changed accordingly by the position of the stroke stop. For example, with relatively small strokes, e.g., 50 µm, the displacement volume can be approximately 0.8 mm³ . With larger strokes, e.g., 2 mm, the displacement volume can be 33 mm³ , and with strokes of 5 mm, the displacement volume can be 84 mm³ .
Gemäß einer Ausführungsform kann der Pneumatikaktor zur Führung des Stößels im Betrieb, d.h. während einer Bewegung, eine Stößelführung (oder Führungsbereich) aufweisen, welche Stößelführung (nur) mittels des Kolbens und/oder des Zylinders realisiert ist. Unter einer Stößelführung wird allgemein eine Einrichtung oder Konstruktion verstanden, die eine bestimmungsgemäße (Längs-)Bewegung des Stößels im Betrieb ermöglicht bzw. bewirkt, insbesondere zur Abgabe von Dosierstoff. Die Stößelführung bewirkt insbesondere, dass die Stößelspitze im Betrieb konzentrisch zur Düse und/oder zu einem Düseneinsatz ausgerichtet ist. Vorzugsweise kann die Stößelführung ausschließlich durch den Kolben und den (Hohl-)Zylinder realisiert sein. Es ist möglich, dass die Führung des Stößels im Betrieb nur mittels einer einzigen Stößelführung realisiert ist, die durch den Kolben und/oder den Zylinder ausgebildet ist, insbesondere durch ein Zusammenwirken von Kolben und Zylinder. Mit anderen Worten kann der Stößel nur durch den Kolben (oder zwei Kolben) im Zylinder geführt werden im Betrieb. Es ist insbesondere möglich, dass der Stößel im Betrieb nur im Bereich der Stößelführung, d.h. entlang des (Hohl-)Zylinders, direkten Kontakt zum Material des Pneumatikaktors hat. Es ist möglich, dass außerhalb des Zylinders kein direkter Kontakt zwischen Stößel und Pneumatikaktor und/oder Aktormodul besteht (abgesehen von der Stößelspitze). Der Stößel kann endseitig, von der Stößelspitze wegweisend, zwei voneinander beabstandete Kolben aufweisen. Zwischen den Kolben kann eine Materialaussparung vorgesehen sein. Entsprechend kann die Stößelführung (nur) durch die beiden Kolben in Kombination mit dem Zylinder realisiert sein. Bevorzugt kann im Betrieb die jeweilige Außenseite der Kolben, d.h. die Seiten der beiden Kolben, die voneinander wegweisen, mit Druckmedium beaufschlagt werden.According to one embodiment, the pneumatic actuator can have a plunger guide (or guide area) for guiding the plunger during operation, i.e., during movement. This plunger guide is realized (only) by means of the piston and/or the cylinder. A plunger guide is generally understood to be a device or construction that enables or causes the intended (longitudinal) movement of the plunger during operation, particularly for dispensing metering fluid. The plunger guide ensures, in particular, that the plunger tip is aligned concentrically to the nozzle and/or a nozzle insert during operation. Preferably, the plunger guide can be realized exclusively by the piston and the (hollow) cylinder. It is possible that the plunger guidance during operation is realized by means of only a single plunger guide formed by the piston and/or the cylinder, particularly through an interaction of the piston and cylinder. In other words, the plunger can be guided only by the piston (or two pistons) in the cylinder during operation. It is particularly possible that, during operation, the plunger only has direct contact with the pneumatic actuator material in the area of the plunger guide, i.e., along the (hollow) cylinder. It is possible that outside the cylinder there is no direct contact between the plunger and the pneumatic actuator and/or actuator module (apart from the plunger tip). The plunger can have two spaced-apart pistons at its end, pointing away from the plunger tip. A material recess can be provided between the pistons. Accordingly, the plunger guide can be realized (only) by the two pistons in combination with the cylinder. Preferably, during operation, the respective outer surfaces of the pistons, i.e., the sides of the two pistons that point away from each other, can be pressurized with the pressure medium.
Vorteilhafterweise kann der Pneumatikaktor besonders klein konstruiert werden, weil auf zusätzliche Führungselemente außerhalb des Zylinders, insbesondere entlang der Stößelstange, verzichtet werden kann. Dadurch kann auch die Stößelstange besonders kurz sein. Durch diesen kurzen Aufbau kann ein besonders leichter Stößel verwendet werden, was eine hohe Dynamik ermöglicht. Durch die Realisierung von zwei Führungsstellen oder Führungspositionen (innerhalb derselben Stößelführung) mittels der zwei Kolben, ergeben sich zwei Dichtstellen im Pneumatikaktor, was den Verbrauch an Druckluft reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Gefahr der Doppelpassung vermieden wird, was eine einfache Fertigung ermöglicht. Der Pneumatikaktor gemäß dieser Ausführungsform kann in Kombination mit anderen Weiterbildungen der Erfindung kombiniert werden, insbesondere mit den Endlagendichtungen.Advantageously, the pneumatic actuator can be designed to be particularly small because additional guide elements outside the cylinder, especially along the pushrod, can be omitted. This also allows the pushrod to be particularly short. This compact design enables the use of a particularly lightweight plunger, resulting in high dynamics. By implementing two guide points or positions (within the same plunger guide) using the two pistons, two sealing points are created in the pneumatic actuator, reducing compressed air consumption. A further advantage is that the risk of double fitting is avoided, simplifying manufacturing. The pneumatic actuator according to this embodiment can be combined with other embodiments of the invention, particularly with end-position seals.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Fluidikeinheit eine Dosierstoffdichtung aufweisen, die eine weitere (zweite) Stößelführung oder einen Führungsbereich zur Führung des Stößels im Betrieb bildet. Dann kann das Aktormodul zur Führung des Stößels im Betrieb die Stößelführung der Dosierstoffdichtung und eine weitere Stößelführung aufweisen, die mittels des Kolbens und/oder des Zylinders realisiert ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Stößel prinzipiell zwei Kolben haben, wobei ein Kolben bevorzugt ist. Es ist möglich, dass die Führung des Stößels im Betrieb nur mittels der (zweiten) Stößelführung der Dosierstoffdichtung und der (ersten) Stößelführung erfolgt, die durch den Kolben und/oder den (Hohl-)Zylinder realisiert ist. Entsprechend kann der Stößel im Betrieb nur durch den Kolben im Zylinder in Kombination mit der Dosierstoffdichtung geführt werden. Auf zusätzliche Führungselemente kann prinzipiell verzichtet werden. Es ist insbesondere möglich, dass der Stößel im Betrieb nur im Bereich der beiden Stößelführungen direkten Kontakt zum Material des Pneumatikaktors und/oder Aktormoduls hat. Dann besteht außerhalb davon kein direkter Kontakt zwischen Stößel und Pneumatikaktor und/oder Aktormodul (abgesehen von der Stößelspitze). Das Aktormodul gemäß dieser Ausführungsform kann in Kombination mit anderen Weiterbildungen der Erfindung kombiniert werden, insbesondere mit den Endlagendichtungen. Eine solche Dosierstoffdichtung, die eine (zweite) Stößelführung bereitstellt, kann allgemein Teil einer Fluidikeinheit sein, insbesondere unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der (restlichen) Fluidikeinheit. Es ist beispielsweise möglich, dass die Fluidikeinheit nur einen Kanal für Medium hat, der in eine Düsenkammer mündet. Es ist auch möglich, dass die Fluidikeinheit zwei Kanäle aufweist, die in eine Düsenkammer münden und die separat mit Medium durchströmbar sind.According to one embodiment, the fluidic unit can have a metering seal that forms a further (second) plunger guide or a guide area for guiding the plunger during operation. The actuator module for guiding the plunger during operation can then have the plunger guide of the metering seal and a further plunger guide realized by means of the piston and/or the cylinder. In this embodiment, the plunger can, in principle, have two pistons, with one piston being preferred. It is possible that the plunger is guided during operation only by means of the (second) plunger guide of the metering seal and the (first) plunger guide realized by the piston and/or the (hollow) cylinder. Similarly, the plunger can be guided during operation only by the piston in the cylinder in combination with the metering seal. Additional guide elements can, in principle, be omitted. It is particularly possible that, during operation, the plunger only has direct contact with the material of the pneumatic actuator and/or actuator module in the area of the two plunger guides. Outside of this area, there is no direct contact between the plunger and the pneumatic actuator and/or actuator module (apart from the plunger tip). The actuator module according to this embodiment can be combined with other embodiments of the invention, in particular with the end-position seals. Such a metering seal, which provides a (second) plunger guide, can generally be part of a fluidic unit, in particular regardless of the specific design of the (rest of the) fluidic unit. For example, it is possible that the fluidic unit has only one channel for the medium, which opens into a nozzle chamber. It is also possible that the fluidic unit has two channels that open into a nozzle chamber and which can be separately supplied with medium.
Vorteilhafterweise kann ein Pneumatikaktor mit einem möglichst geringen Bauraum (Bauhöhe) bereitgestellt werden. Es kann ein besonders kurzer Stößel verwendet werden, was zu geringstmöglichen bewegten Masse führt und eine höhere Dynamik erlaubt. Vorteilhafterweise hat der Pneumatikaktor eine einfache Ausgestaltung, was weniger Fertigungsaufwand bedeutet. Da die Dosierstoffdichtung in vielen Fällen ohnehin vorgesehen ist, kann auf zusätzliche Führungselemente verzichtet werden. Die Stößeldichtung wirkt in dieser Ausführungsform als Führungselement. Weiterhin vorteilhaft können Bauteile mit weniger Toleranzen gefertigt werden, da nicht die Gefahr einer Doppelpassung besteht, da nur zwei Führungsbereiche vorhanden sind.Advantageously, a pneumatic actuator can be provided with the smallest possible installation space (height). A particularly short plunger can be used, resulting in the lowest possible moving mass and allowing for higher dynamics. The pneumatic actuator also has a simple design, which reduces manufacturing costs. Since the metering fluid seal is already integrated in many cases, additional guide elements can be omitted. In this embodiment, the plunger seal acts as the guide element. Furthermore, components can be manufactured with tighter tolerances because there is no risk of a double fit, as only two guide areas are present.
Sofern der Pneumatikaktor Teil eines Aktormoduls ist, kann das jeweilige Aktormodul vorzugsweise ein Führungselement aufweisen, insbesondere ein Inlay, das eine Gleitfläche für die Stößelstange bildet. Ein solches Führungselement mit einer Gleitfläche kann eine (weitere) Stößelführung für den Stößel bilden. Ein solches Führungselement, z.B. ein Inlay, kann alternativ oder zusätzlich zur ersten Stößelführung und/oder zur zweiten Stößelführung realisiert sein (wie zuvor beschrieben). Das Führungselement kann so ausgebildet sein, dass nur einem bestimmten Teil der Stößelstange, bezogen auf ihre Längserstreckung, eine Gleitfläche zugeordnet ist. Das Führungselement ist vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und umschließt die Stößelstange zumindest entlang eines Teils ihrer Längserstreckung vollumfänglich. Vorzugsweise ist das Führungselement so ausgebildet, dass der Kolben, die Dosierstoffdichtung und die Stößelspitze nicht vom Führungselement umgeben sind. If the pneumatic actuator is part of an actuator module, the respective actuator module may preferably have a guide element, in particular an inlay, that forms a sliding surface for the pushrod. Such a guide element with a sliding surface can form a (further) pushrod guide for the plunger. Such a guide element, e.g., an inlay, can be implemented as an alternative or additional to the first and/or the second pushrod guide (as described above). The guide element can be designed such that a sliding surface is assigned to only a specific portion of the pushrod, relative to its longitudinal extent. The guide element is preferably sleeve-shaped and fully encloses the pushrod at least along a portion of its longitudinal extent. Preferably, the guide element is designed such that the piston, the metering fluid seal, and the plunger tip are not surrounded by the guide element.
Das Führungselement kann zumindest teilweise im Gehäuse des Pneumatikaktors angeordnet sein und kann einen Teil einer Innenwand des zylinderförmigen Gehäuses bilden. Bevorzugt ist das Führungselement in den Pneumatikaktor, insbesondere in das zylinderartige Gehäuse, eingepresst. Bevorzugt kann ein anderer Teil des Führungselements, der nicht im Gehäuse des Pneumatikaktors ist, in der Fluidikeinheit angeordnet sein.The guide element can be at least partially arranged within the housing of the pneumatic actuator and can form part of an inner wall of the cylindrical housing. Preferably, the guide element is pressed into the pneumatic actuator, particularly into the cylindrical housing. Preferably, another part of the guide element, which is not located within the housing of the pneumatic actuator, can be arranged within the fluidic unit.
Vorzugsweise ist der Pneumatikaktor so ausgebildet, dass sich ein Abstand zwischen einer Innenwand des Führungselements und einer Außenoberfläche der Stößelstange entlang der Längserstreckung der Stößelstange zumindest einmalig ändert. Vorzugsweise kann in einem Abschnitt der Stößelstange ein Abstand zwischen der Stößelstange und dem Führungselement höchstens 10 µm, vorzugsweise höchstens 5 µm, bevorzugt höchstens 3 µm, sein. Vorzugsweise kann in einem anderen Abschnitt der Stößelstange, insbesondere entlang der Lauffläche der Stößelstange, ein Abstand zwischen der Stößelstange und dem Führungselement höchstens 1000 µm, vorzugsweise höchstens 500 µm, bevorzugt höchstens 300 µm, sein. Es ist möglich, dass die Stößelstange mit ihrer Lauffläche das Führungselement direkt kontaktiert, insbesondere im Bereich einer Gleitfläche des Führungselements.Preferably, the pneumatic actuator is designed such that the distance between an inner wall of the guide element and an outer surface of the pushrod changes at least once along the longitudinal extent of the pushrod. Preferably, in one section of the pushrod, the distance between the pushrod and the guide element can be at most 10 µm, preferably at most 5 µm, and more preferably at most 3 µm. Preferably, in another section of the pushrod, particularly along the running surface of the pushrod, the distance between the pushrod and the guide element can be at most 1000 µm, preferably at most 500 µm, and more preferably at most 300 µm. It is possible that the pushrod, with its running surface, makes direct contact with the guide element, particularly in the area of a sliding surface of the guide element.
Alternativ oder zusätzlich ist das Material des Führungselements aus einem Material ausgebildet, das ausgewählt ist aus Hartmetall und/oder Saphir und/oder Rubin und/oder Keramik und/oder Mischungen daraus. Bevorzugt ist ein solches Material speziell (nur) im Bereich der Gleitfläche des Führungselements vorhanden, wobei andere Bereiche des Führungselements aus anderem Material bestehen. Es ist auch möglich, dass das gesamte Führungselement aus einem der genannten Materialien besteht. Bevorzugt können die Laufflächen der Stößelstange, d.h. die Bereiche, die im Betrieb ggf. in Kontakt mit einer Innenwand des Führungselements kommen, und die Gleitflächen des Führungselements, d.h. die Bereiche, die im Betrieb ggf. in Kontakt mit der Stößelstange kommen, aufeinander abgestimmte Materialien aufweisen. Vorzugsweise können zumindest die Laufflächen der Stößelstange und die Gleitflächen des Führungselements beide aus Hartmetall gebildet sein. Es ist auch möglich, dass zumindest die Laufflächen der Stößelstange aus Hartmetall gebildet sind, wobei die Gleitflächen des Führungselements aus Saphir gebildet sind.Alternatively or additionally, the guide element is made of a material selected from cemented carbide and/or sapphire and/or ruby and/or ceramic and/or mixtures thereof. Preferably, such a material is present specifically (only) in the area of the sliding surface of the guide element, with other areas of the guide element consisting of a different material. It is also possible for the entire guide element to consist of one of the aforementioned materials. Preferably, the running surfaces of the pushrod, i.e., the areas that may come into contact with an inner wall of the guide element during operation, and the sliding surfaces of the guide element, i.e., the areas that may come into contact with the pushrod during operation, may have compatible materials. Preferably, at least the running surfaces of the pushrod and the sliding surfaces of the guide element may both be made of cemented carbide. It is also possible for at least the running surfaces of the pushrod to be made of cemented carbide, with the sliding surfaces of the guide element being made of sapphire.
Vorteilhafterweise kann das Führungselement eine Stößelführung bilden, so dass besonders bei filigranen Stößelstangen eine Konzentrizität zwischen Stößelspitze und Düsenöffnung weiter verbessert werden kann. Die Verwendung von Hartmetall trägt zu einer Verringerung von Verschleiß in diesem Bereich des Pneumatikaktors bei. Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Führungselement nicht auf ein Aktormodul beschränkt ist, sondern auch unabhängig davon in einem Pneumatikaktor gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann.Advantageously, the guide element can form a plunger guide, thus further improving concentricity between the plunger tip and the nozzle opening, particularly with delicate plunger rods. The use of hard metal contributes to a reduction in wear in this area of the pneumatic actuator. It should be noted that the described guide element is not limited to an actuator module but can also be used independently in a pneumatic actuator according to the invention.
Das jeweilige Aktormodul umfasst vorzugsweise eine Fluidikeinheit, die sich in Richtung der Stößelspitze an den Pneumatikaktor anschließt. Die Fluidikeinheit kann selbst einen zylinderartigen Teil aufweisen und kann einen Teil der Stößelstange, insbesondere die Stößelspitze, in sich aufnehmen und vollumfänglich (allseitig) umschließen. Das bedeutet, dass der zylinderartige Teil der Fluidikeinheit eine Verlängerung des zylinderartigen Gehäuses des Pneumatikaktors bilden kann, der mit der Düse der Fluidikeinheit endet. Vorzugsweise kann der zylinderartige Abschnitt der Fluidikeinheit das Führungselement des Pneumatikaktors zumindest teilweise außen umgeben. Entsprechend kann das Führungselement sowohl im Pneumatikaktor als auch in der Fluidikeinheit angeordnet sein. Vorzugsweise kann der zylinderartige Abschnitt der Fluidikeinheit außen auf das Führungselement aufgeschoben werden, optional lösbar am Pneumatikaktor befestigt werden, um das Aktormodul auszubilden. Das bedeutet, dass der Pneumatikaktor und die Fluidikeinheit im Betrieb eine zusammenhängende Einheit (ein Modul) bilden, wobei die Komponenten prinzipiell voneinander getrennt werden können.The respective actuator module preferably comprises a fluidic unit that connects to the pneumatic actuator in the direction of the plunger tip. The fluidic unit itself can have a cylindrical section and can accommodate and completely enclose a portion of the plunger rod, particularly the plunger tip. This means that the cylindrical section of the fluidic unit can form an extension of the cylindrical housing of the pneumatic actuator, terminating with the nozzle of the fluidic unit. Preferably, the cylindrical section of the fluidic unit can at least partially surround the guide element of the pneumatic actuator. Accordingly, the guide element can be arranged both in the pneumatic actuator and in the fluidic unit. Preferably, the cylindrical section of the fluidic unit can be located externally. The pneumatic actuator and fluidic unit are slid onto the guide element and can optionally be detachably attached to the pneumatic actuator to form the actuator module. This means that the pneumatic actuator and the fluidic unit form a single, integrated unit (one module) during operation, although the components can, in principle, be separated from each other.
Die jeweilige Fluidikeinheit kann zwei getrennte Kanäle aufweisen, die jeweils in eine Düsenkammer innerhalb der Fluidikeinheit münden und die separat mit einem Medium durchströmbar sind. Ein jeweiliger Kanal kann vorzugsweise eine Bohrung sein, die endseitig einen Medienanschluss hat, insbesondere zur Kopplung mit einem Modulträger. Die Düsenkammer ist in der Fluidikeinheit ausgebildet und umfasst die Düse mit einem innenliegenden Düseneinsatz. Im Betrieb ragt die Stößelspitze in die Düsenkammer hinein und kann zum Ausstoßen von Dosierstoff und/oder zum Schließen des Dosierventils in den Düseneinsatz gedrückt werden. Die Begriffe Dosierstoff und Dosiermedium werden in der Beschreibung synonym verwendet.The fluidic unit can have two separate channels, each opening into a nozzle chamber within the unit and allowing separate flow of a medium. Each channel is preferably a bore with a media connection at its end, particularly for coupling to a module carrier. The nozzle chamber is formed within the fluidic unit and comprises the nozzle with an internal nozzle insert. During operation, the plunger tip projects into the nozzle chamber and can be pressed into the nozzle insert to eject metering fluid and/or close the metering valve. The terms metering fluid and metering medium are used synonymously in this description.
Vorteilhafterweise kann die Fluidikeinheit, insbesondere auch der Düseneinsatz, mittels der beiden Kanäle mit einem Lösungsmittel gespült werden, ohne dass die Fluidikeinheit vom Pneumatikaktor oder vom Dosierventil getrennt werden muss. Das kann z.B. in Produktionspausen erfolgen. Beispielsweise kann ein Kanal als Zuführung eines Spülmediums dienen, wobei das Spülmedium die Fluidikeinheit durchströmen kann und durch den anderen Kanal wieder ausströmt, der z.B. vorübergehend mit einem Entsorgungsbehälter verbunden ist. Im Dosierbetrieb können beide Kanäle mit Dosierstoff beaufschlagt werden und der Düsenkammer Dosierstoff zuführen. Weiterhin vorteilhaft können die beiden Kanäle auch dazu genutzt werden, um die Fluidikeinheit mit Dosierstoff zu spülen, z.B. kurz vor Beginn eines Dosiervorgangs, um Luft aus dem System zu entfernen. Weiterhin vorteilhaft kann eine kontinuierliche Strömung von Dosierstoff in der Fluidikeinheit erzeugt werden, z.B. auch in kurzen Dosierpausen, so dass Sedimentieren verhindert werden kann. Weiterhin können die beiden Kanäle dazu genutzt werden, um zumindest Teile der Fluidikeinheit mittels des Dosierstoffs zu temperieren.Advantageously, the fluidic unit, and in particular the nozzle insert, can be flushed with a solvent via the two channels without having to disconnect the fluidic unit from the pneumatic actuator or the metering valve. This can be done, for example, during production breaks. One channel can serve as a supply for a flushing medium, which flows through the fluidic unit and out through the other channel, which is temporarily connected to a disposal container, for example. During metering operation, both channels can be supplied with metering fluid and feed it to the nozzle chamber. Furthermore, the two channels can also be used to flush the fluidic unit with metering fluid, for example, shortly before the start of a metering process to remove air from the system. A continuous flow of metering fluid can also be advantageously generated in the fluidic unit, even during short metering breaks, thus preventing sedimentation. Furthermore, the two channels can be used to temperature control at least parts of the fluidic unit using the dosing fluid.
Das jeweilige Aktormodul kann mit einem Modulträger gekoppelt bzw. verbunden werden, insbesondere lösbar, um dadurch ein Dosierventil auszubilden. Beispielsweise kann jeweils ein Aktormodul in einen Modulträger eingebaut werden. Dem jeweiligen Modulträger ist zumindest ein Pneumatikventil, bevorzugt ein 5/2-Wege Ventil, und eine Medienversorgung zugeordnet, bevorzugt auch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Pneumatikaktors. Der Modulträger ist bevorzugt dazu ausgebildet, um das jeweilige Aktormodul zumindest mit einem Pneumatikventil und einer Medienversorgung zu verbinden, um einen bestimmungsgemäßen Betrieb des Aktormoduls zu ermöglichen.The respective actuator module can be coupled or connected to a module carrier, particularly in a detachable manner, to form a metering valve. For example, one actuator module can be installed in each module carrier. Each module carrier is associated with at least one pneumatic valve, preferably a 5/2-way valve, and a media supply, and preferably also with a control unit for controlling the operation of the pneumatic actuator. The module carrier is preferably designed to connect the respective actuator module to at least one pneumatic valve and a media supply to enable the intended operation of the actuator module.
Der jeweilige Modulträger umfasst vorzugsweise mehrere Kanäle, um Druckluft getrennt in die erste und zweite Aktorkammer des jeweiligen Pneumatikaktors einzubringen. Weiterhin umfasst der Modulträger zumindest einen Kanal, vorzugsweise zwei Kanäle, um der Fluidikeinheit des verbundenen Aktormoduls Dosierstoff zuzuführen. Der Modulträger kann weiterhin Befestigungsmittel umfassen, um das Aktormodul im Betrieb an einer bestimmten Position zu halten, insbesondere in Wirkverbindung mit dem Pneumatikventil und der Medienversorgung. Der jeweilige Modulträger kann ganz oder teilweise mittels eines Versorgungselements eines Dosierkopfs realisiert sein. Dann können mehrere Modulträger mittels eines (gemeinsamen) Versorgungselements bereitgestellt sein. Das bedeutet, dass das Versorgungselement einige oder alle Funktionen der Modulträger übernimmt. Es ist alternativ auch möglich, dass ein Modulträger unabhängig von einem Versorgungselement und/oder einem Dosierkopf ausgebildet ist, wobei durch Kopplung eines Aktormoduls mit einem Modulträger ein einzelnes Dosierventil bereitgestellt werden kann (z.B. für Stand-alone Betrieb).The respective module carrier preferably comprises several channels for supplying compressed air separately to the first and second actuator chambers of the respective pneumatic actuator. Furthermore, the module carrier comprises at least one channel, preferably two channels, for supplying metering fluid to the fluidic unit of the connected actuator module. The module carrier can also include fastening means to hold the actuator module in a specific position during operation, particularly in conjunction with the pneumatic valve and the media supply. The respective module carrier can be implemented wholly or partially by means of a metering head supply element. In this case, several module carriers can be provided by means of a (common) supply element. This means that the supply element performs some or all of the functions of the module carriers. Alternatively, it is also possible for a module carrier to be designed independently of a supply element and/or a metering head, whereby a single metering valve can be provided by coupling an actuator module to a module carrier (e.g., for stand-alone operation).
Die Medienversorgung, auch bezeichnet als Medienversorgungseinrichtung, umfasst - ungeachtet der konkreten Ausführung des Aktormoduls - vorzugsweise einen Speicher oder Vorrat für Dosierstoff sowie Mittel, um den Dosierstoff in den jeweils zugeordneten Kanal eines bestimmten Modulträgers und/oder einer bestimmten Fluidikeinheit eines Aktormoduls einzubringen. Der Dosierstoff kann vorzugsweise mit einem bestimmten (Über-)Druck und/oder mit einer bestimmten Temperatur in der Fluidikeinheit bereitgestellt werden.The media supply, also referred to as the media supply unit, comprises – regardless of the specific design of the actuator module – preferably a storage or reservoir for metering fluid and means for introducing the metering fluid into the respective assigned channel of a specific module carrier and/or a specific fluidic unit of an actuator module. The metering fluid can preferably be supplied to the fluidic unit at a specific (over)pressure and/or at a specific temperature.
Die Medienversorgungseinrichtung kann weitere Elemente umfassen, die an das jeweilige Aktormodul angepasst sind. Beispielsweise kann die Medienversorgung Anschlüsse haben, die mit einem jeweiligen Modulträger koppelbar sind, um die Fluidikeinheit, die mit dem betreffenden Modulträger verbunden ist, mit Dosierstoff zu versorgen. Bei einem Dosierkopf mit einer Mehrzahl von Aktormodulen kann die Medienversorgungseinrichtung mit einem Versorgungselement des Dosierkopfs verbindbar sein, um den jeweiligen Aktormodulen mittels Kanälen im Versorgungselement Dosierstoff zuzuführen. Das Versorgungselement kann dazu einen oder mehrere Medienanschlüsse haben, die mit dem Dosierstoffvorrat und/oder mit einem Entsorgungsbehälter für Medium verbunden werden können. Die Medienversorgungseinrichtung kann steuerbar so ausgebildet sein, dass alle Aktormodule eines Dosierkopfs denselben Dosierstoff erhalten und/oder so, dass die Versorgung mit Dosierstoff eines jeweiligen Aktormoduls separat gesteuert wird. Die Medienversorgungseinrichtung kann zusätzlich dazu ausgebildet sein, um dem Versorgungselement ein Reinigungsfluid zuzuführen, insbesondere um die jeweilige Fluidikeinheit mit Reinigungsfluid zu spülen.The media supply unit can include additional elements adapted to the respective actuator module. For example, the media supply unit can have connections that can be coupled to a respective module carrier to supply the fluidic unit connected to that module carrier with metering fluid. In the case of a metering head with multiple actuator modules, the media supply unit can be connected to a supply element of the metering head to supply metering fluid to the respective actuator modules via channels in the supply element. The supply element can have one or more media connections that can be connected to the metering fluid reservoir and/or to a waste container for the fluid. The media supply unit can The controllable system must be designed so that all actuator modules of a dosing head receive the same dosing medium and/or so that the supply of dosing medium to each actuator module is controlled separately. The media supply unit may also be designed to supply a cleaning fluid to the supply element, in particular to flush the respective fluidic unit with cleaning fluid.
Die Elemente eines Modulträgers können räumlich voneinander beabstandet sein. Beispielsweise kann das jeweilige Aktormodul räumlich getrennt sein vom Pneumatikventil und/oder von der Steuereinrichtung und/oder von einem Dosierstoffvorrat. Entsprechend kann auch das jeweilige Dosierventil mehrere Elemente aufweisen, die räumlich getrennt voneinander sind und zur Ausbildung des Dosierventils zusammenwirken. Weiterhin ist es möglich, dass Elemente eines Modulträgers mehreren Aktormodulen und/oder Dosierventilen gleichzeitig zugeordnet sind. Insbesondere kann ein Pneumatikventil zwei oder mehr Aktormodulen und/oder mehreren Dosierventilen parallel zugeordnet sein. Das kann besonders bei einem Dosierkopf mit mehreren Aktormodulen vorteilhaft sein, wie nachfolgend beschrieben wird, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.The elements of a module carrier can be spatially spaced apart from one another. For example, the respective actuator module can be spatially separated from the pneumatic valve and/or the control unit and/or a metering fluid reservoir. Similarly, the respective metering valve can also have several elements that are spatially separated from one another and interact to form the metering valve. Furthermore, it is possible for elements of a module carrier to be assigned to several actuator modules and/or metering valves simultaneously. In particular, a pneumatic valve can be assigned to two or more actuator modules and/or several metering valves in parallel. This can be particularly advantageous in a metering head with several actuator modules, as described below, although the invention is not limited thereto.
Ein bevorzugter Dosierkopf kann zumindest ein Pneumatikventil aufweisen, das zwei oder mehr Aktormodulen gleichzeitig bzw. parallel zugeordnet ist, um den jeweiligen Pneumatikaktor zu betreiben. Vorteilhafterweise kann dadurch eine möglichst hohe Dichte an Aktormodulen erreicht werden, weil die Pneumatikventile verglichen mit den Aktormodulen vergleichsweise viel Platz benötigen. Da im Betrieb mit jedem Aktormodul ein Dosierstoffpunkt erzeugt werden kann, lässt sich dadurch eine besonders hohe Punktdichte erreichen. Je nach Dosieranforderung ist es möglich, dass alle Pneumatikventile eines Dosierkopfs gleichzeitig getriggert werden, da alle Dosierventile gleichzeitig dosieren sollen, was eine relativ einfache Ansteuerung erlaubt. Alternativ ist es auch möglich, dass jedem Aktormodul eines Dosierkopfs ein eigenes Pneumatikventil zugeordnet ist und/oder dass die jeweiligen Pneumatikventile eines Dosierkopfs separat gesteuert werden.A preferred dispensing head can have at least one pneumatic valve that is assigned to two or more actuator modules simultaneously or in parallel to operate the respective pneumatic actuator. This advantageously allows for a high density of actuator modules, as pneumatic valves require comparatively more space than actuator modules. Since each actuator module can generate a dispensing point during operation, this enables a particularly high point density. Depending on the dispensing requirements, it is possible to trigger all pneumatic valves of a dispensing head simultaneously, as all dispensing valves are intended to dispense concurrently, allowing for relatively simple control. Alternatively, it is also possible for each actuator module of a dispensing head to be assigned its own pneumatic valve and/or for the respective pneumatic valves of a dispensing head to be controlled separately.
Der Dosierkopf kann optional zumindest ein pneumatisches Walzenventil aufweisen, um zumindest einen Pneumatikaktor eines Aktormoduls mit Druckmedium zu versorgen. Vorzugsweise können zwei oder mehr Pneumatikaktoren gleichzeitig bzw. parallel durch ein Walzenventil mit Druckluft versorgt werden. Das jeweilige Walzenventil ist vorzugsweise ein 5/2-Wege Ventil. Unter einem Walzenventil wird ein Ventil verstanden, bei dem eine Walze mit Querverbindungen in Form von Kanälen mit konstanter Geschwindigkeit in einem Gehäuse rotiert, wobei pro Umdrehung verschiedene Kanäle geschaltet werden, d.h. zeitweise geöffnet oder geschlossen werden. Jeder Aktorkammer eines Pneumatikaktors sind jeweils zwei Kanäle im Walzenventil zugeordnet, die wechselweise mit der jeweiligen Aktorkammer in Verbindung treten, um diese entweder zu füllen oder zu entlüften. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Walzenventil oder Drehventil nicht auf den Dosierkopf beschränkt ist. Vielmehr stellt die Verwendung eines Walzenventils zum Betrieb eines Pneumatikaktors einen eigenständigen Teilaspekt der Erfindung dar. Entsprechend kann ein Walzenventil in Kombination mit unterschiedlichen Pneumatikaktoren verwendet werden, z.B. mit bekannten Pneumatikaktoren. Es ist deshalb insbesondere möglich, dass das Walzenventil zum Betrieb eines Pneumatikaktors ausgebildet ist, der einen mehrteiligen Stößel hat und/oder der einen Kolben mit einer Kolbendichtung aufweist.The metering head can optionally include at least one pneumatic rotary valve to supply at least one pneumatic actuator of an actuator module with compressed air. Preferably, two or more pneumatic actuators can be supplied with compressed air simultaneously or in parallel via one rotary valve. The respective rotary valve is preferably a 5/2-way valve. A rotary valve is defined as a valve in which a roller with cross-connections in the form of channels rotates at a constant speed within a housing, with different channels being switched (i.e., temporarily opened or closed) per revolution. Each actuator chamber of a pneumatic actuator is assigned two channels in the rotary valve, which alternately connect to the respective actuator chamber to either fill or vent it. It should be noted that a rotary valve is not limited to the metering head. Rather, the use of a roller valve for operating a pneumatic actuator constitutes an independent aspect of the invention. Accordingly, a roller valve can be used in combination with various pneumatic actuators, e.g., with known pneumatic actuators. It is therefore particularly possible that the roller valve is designed to operate a pneumatic actuator that has a multi-part plunger and/or a piston with a piston seal.
Vorteilhafterweise können mittels eines Walzenventils relativ große Kanaldurchmesser schnell geschaltet werden, wobei hohe Volumenströme möglich sind, so dass mehrere Aktormodule (oder allgemein Pneumatikaktoren) parallel betrieben werden können. Weiterhin vorteilhaft können die jeweiligen Kanäle des Walzenventils, die ein Schließen oder Öffnen des Dosierventils bewirken, unterschiedliche Größen haben, um unterschiedliche Schließzeiten bzw. Öffnungszeiten zu erreichen. Die jeweiligen Kanäle können partiell überlappen oder einen definierten Abstand haben. Letzteres kann dazu führen, dass eine Entlüftung einer Aktorkammer gestartet wird, bevor in der anderen Aktorkammer ein Druck aufgebaut wird. Vorteilhafterweise können mittels eines Walzenventils höhere maximale Dosierfrequenzen erreicht werden, als mit anderen 5/2-Wege Ventilen, wobei gleichzeitig hohe Volumenströme erreicht werden. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Dosierkopf unterschiedliche Pneumatikventile haben kann. Weiterhin kann das beschriebene Walzenventil grundsätzlich zur Versorgung eines Pneumatikaktors genutzt werden, also unabhängig von einem Dosierkopf. Ein bevorzugter Dosierkopf umfasst für jedes Aktormodul eine eigene Halterung, um das Aktormodul lösbar am Dosierkopf anzuordnen. Die Halterungen sind vorzugsweise so am Dosierkopf räumlich angeordnet, dass ein bestimmtes Dosiermuster erreicht wird. Für jeden Dosierpunkt kann ein Aktormodul vorgesehen sein. Die jeweilige Halterung kann durch den Modulträger bereitgestellt werden, wobei jeweils ein Aktormodul mit einem Modulträger koppelbar ist. Vorzugsweise kann der Dosierkopf eine oder mehrere Halteplatten mit einer Mehrzahl von Aussparungen oder Bohrungen aufweisen, wobei jeweils ein Aktormodul in einer Aussparung, insbesondere lösbar, angeordnet werden kann. Die jeweilige Halteplatte kann Teil des Versorgungselements sein. Der Dosierkopf kann zwei oder mehr, ggf. separate, Halteplatten aufweisen, die jeweils mehrere Aktormodule halten. Dadurch können die Aktormodule einer bestimmten Halteplatte unabhängig von anderen Aktormodulen des Dosierkopfs getauscht werden.Advantageously, a rotary valve allows for the rapid switching of relatively large channel diameters, enabling high flow rates and allowing the parallel operation of multiple actuator modules (or pneumatic actuators in general). Furthermore, the individual channels of the rotary valve, which close or open the metering valve, can be of different sizes to achieve varying closing and opening times. These channels can partially overlap or be spaced a defined distance apart. The latter allows for the venting of one actuator chamber before pressure builds up in the other. A rotary valve also allows for higher maximum metering frequencies than other 5/2-way valves, while simultaneously achieving high flow rates. It should be noted that a metering head can have different pneumatic valves. Furthermore, the described rotary valve can be used to supply a pneumatic actuator independently of a metering head. A preferred dispensing head comprises a separate holder for each actuator module, enabling the actuator module to be detachably mounted on the dispensing head. The holders are preferably arranged spatially on the dispensing head such that a specific dispensing pattern is achieved. One actuator module can be provided for each dispensing point. The respective holder can be provided by the module carrier, with each actuator module being connectable to a module carrier. Preferably, the dispensing head can have one or more mounting plates with a plurality of recesses or bores, wherein one actuator module can be arranged in each recess, particularly detachably. The respective mounting plate can be part of the supply element. The dispensing head can have two or more, optionally separate, mounting plates. each holding several actuator modules. This allows the actuator modules of a specific mounting plate to be replaced independently of other actuator modules of the dosing head.
Das Versorgungselement kann eine Mehrzahl von Pneumatikventilen aufweisen. Diese können z.B. außen am Versorgungselement montiert sein und/oder in einem Gehäuse des Dosierkopfs untergebracht sein. Die Pneumatikventile sind vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung und einer Druckluftversorgung verbunden. Die Steuereinrichtung kann Teil eines Dosierkopfs sein. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung eine Platine aufweisen, die am oder im Versorgungselement angeordnet ist und mit den jeweiligen Aktormodulen verbunden ist. Das Versorgungselement kann weiterhin mit der Medienversorgung verbunden sein, z.B. mit einem ggf. externen Dosierstofftank. Das Versorgungselement kann weiterhin ein steuerbares Heizelement haben, um die Fluidikeinheiten der jeweiligen Aktormodule zu beheizen. Beispielsweise kann das Versorgungselement ein zentrales Heizelement haben, um den Dosierstoff in allen Fluidikeinheiten, z.B. in allen Düsenkammern, auf eine Solltemperatur zu beheizen.The supply element can include multiple pneumatic valves. These can be mounted externally on the supply element and/or housed within the dosing head. The pneumatic valves are preferably connected to a control unit and a compressed air supply. The control unit can be part of a dosing head. For example, the control unit can include a circuit board located on or within the supply element and connected to the respective actuator modules. The supply element can also be connected to the media supply, such as an external dosing fluid tank. Furthermore, the supply element can have a controllable heating element to heat the fluid units of the respective actuator modules. For example, the supply element can have a central heating element to heat the dosing fluid to a set temperature in all fluid units, such as all nozzle chambers.
Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest ein Aktormodul oder mehrere Aktormodule eines Dosierkopfs eine pneumatische Vorsteuerung aufweisen. Vorzugsweise wird jedem Aktormodul oder nur einer bestimmten Gruppe von Aktormodulen eine pneumatische Vorsteuerung zugeordnet, die über zumindest ein (oder mehrere) zentrales Pneumatikventil (an-)gesteuert wird. Das zentrale Pneumatikventil kann Teil des Dosierkopfs sein. Die Konstruktion ermöglicht ein Pneumatikventil mit relativ geringem Durchfluss, das die Vorsteuerung für mehrere Aktormodule bewirkt. Die pneumatische Vorsteuerung kann einen, vorzugsweise mehrere, pneumatische Aktoren umfassen, die jeweils vom zentralen Pneumatikventil gesteuert werden. Dejeweilige pneumatische Aktor schaltet seinerseits (in Abhängigkeit der Steuerung durch das zentrale Pneumatikventil) weitere Pneumatikausgänge bzw. Kanäle, um ein zugeordnetes Aktormodul und/oder einen zugeordneten Pneumatikaktor zu betreiben. Es ist möglich, dass ein pneumatischer Aktor zwei oder mehr Aktormodulen und/oder Pneumatikaktoren gleichzeitig zugeordnet ist. Beispielsweise kann das zentrale Pneumatikventil ein Vorsteuerventil bilden und der jeweilige pneumatische Aktor kann das Hauptventil oder Betätigungsventil bilden.According to one embodiment, at least one actuator module or several actuator modules of a dispensing head can have pneumatic pilot control. Preferably, each actuator module, or only a specific group of actuator modules, is assigned pneumatic pilot control, which is controlled by at least one (or more) central pneumatic valve. The central pneumatic valve can be part of the dispensing head. The design allows for a pneumatic valve with a relatively low flow rate to provide pilot control for several actuator modules. The pneumatic pilot control can comprise one, preferably several, pneumatic actuators, each controlled by the central pneumatic valve. Each pneumatic actuator, in turn, switches (depending on the control by the central pneumatic valve) further pneumatic outputs or channels to operate an associated actuator module and/or an associated pneumatic actuator. It is possible for one pneumatic actuator to be assigned to two or more actuator modules and/or pneumatic actuators simultaneously. For example, the central pneumatic valve can form a pilot valve and the respective pneumatic actuator can form the main valve or actuating valve.
Vorteilhafterweise kann die Anzahl an pneumatischen Magnetventilen reduziert werden. Im Extremfall kann ein einziges pneumatisches Magnetventil für einen Dosierkopf verwendet werden. Das reduziert die Kosten. Weiterhin vorteilhaft kann ein jeweiliger Schaltvorgang durch die Vorsteuerung möglichst nah am jeweiligen Aktormodul bzw. am Pneumatikaktor erfolgen, z.B. in direkter Nähe zum Aktormodul, was besonders schnelle Schaltzeiten ermöglicht. Es ist möglich, dass einige Aktormodule eine pneumatische Vorsteuerung aufweisen und andere Aktormodule desselben Dosierkopfs direkt von einem Pneumatikventil versorgt werden.Advantageously, the number of pneumatic solenoid valves can be reduced. In extreme cases, a single pneumatic solenoid valve can be used for a dispensing head. This reduces costs. Furthermore, it is advantageous that the respective switching operation can be carried out as close as possible to the respective actuator module or pneumatic actuator via the pilot control, e.g., in direct proximity to the actuator module, which enables particularly fast switching times. It is possible for some actuator modules to have pneumatic pilot control while other actuator modules of the same dispensing head are supplied directly by a pneumatic valve.
Vorteilhafterweise ist ein Aktormodul, das eine pneumatische Vorsteuerung aufweist, nicht auf einen Dosierkopf beschränkt. Es ist möglich, dass ein jeweiliges Aktormodul, unabhängig von einem Dosierkopf, eine pneumatische Vorsteuerung aufweist. Insbesondere kann ein Aktormodul mit einer pneumatischen Vorsteuerung (als Einheit) verkauft und/oder verbaut werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Aktormodule, denen eine pneumatische Vorsteuerung zugeordnet ist, mittels eines Pneumatikventils gemeinsam betrieben werden (unabhängig von einem Dosierkopf).Advantageously, an actuator module with pneumatic pilot control is not limited to a single dosing head. It is possible for each actuator module to have pneumatic pilot control independently of a dosing head. In particular, an actuator module with pneumatic pilot control can be sold and/or installed as a unit. For example, one or more actuator modules with pneumatic pilot control can be operated together using a pneumatic valve (independent of a dosing head).
Weiter vorteilhaft kann ein (jeweiliger) Pneumatikaktor eine pneumatische Vorsteuerung aufweisen, insbesondere unabhängig von einem Aktormodul und/oder einem Dosierkopf. Insbesondere kann ein Pneumatikaktor gemäß der Erfindung mit einer pneumatischen Vorsteuerung (als Einheit) verkauft und/oder verbaut werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Pneumatikaktoren, denen eine pneumatische Vorsteuerung zugewiesen ist, mittels eines Pneumatikventils gemeinsam betrieben werden (unabhängig von einem Aktormodul und/oder Dosierkopf). Die pneumatische Vorsteuerung kann allgemein so ausgebildet sein, wie zuvor beschrieben wurde, insbesondere hinsichtlich der pneumatischen Aktoren und des zentralen Pneumatikventils.Advantageously, each pneumatic actuator can have a pneumatic pilot control, particularly independent of an actuator module and/or a dosing head. In particular, a pneumatic actuator according to the invention can be sold and/or installed with a pneumatic pilot control (as a unit). For example, one or more pneumatic actuators assigned a pneumatic pilot control can be operated together by means of a pneumatic valve (independent of an actuator module and/or dosing head). The pneumatic pilot control can generally be configured as described above, particularly with regard to the pneumatic actuators and the central pneumatic valve.
Das Versorgungselement kann zwei oder mehr Platten umfassen, die horizontal aufeinander gestapelt sind. Jede Platte kann Teile bzw. Abschnitte von mehreren Kanälen umfassen oder bilden. Die Kanalabschnitte können z.B. in die Platten gefräst sein. Die Platten sind vorzugsweise so zueinander angeordnet, insbesondere sind die Kanalabschnitte der jeweiligen Platten so zueinander ausgerichtet, dass funktionsfähige Kanäle für Dosierstoff und/oder Druckmedium zur Versorgung der Aktormodule im Versorgungselement gebildet sind. Die einzelnen Platten sind nach der Art von Sandwichplatten so angeordnet, dass sie sich gegenseitig abdichten. Je nach Ausgestaltung des Dosierkopfs kann ein rundes Versorgungselement durch mehrere, z.B. gleiche, Teilsegmente erzeugt werden, die jeweils eine Mehrzahl von Platten mit integrierten Kanälen aufweisen.The supply element can comprise two or more plates stacked horizontally on top of each other. Each plate can contain or form parts or sections of multiple channels. The channel sections can, for example, be milled into the plates. The plates are preferably arranged relative to each other, and in particular the channel sections of the respective plates are aligned with each other, such that functional channels for the metering fluid and/or pressure medium are formed to supply the actuator modules in the supply element. The individual plates are arranged like sandwich panels so that they seal against each other. Depending on the design of the metering head, a round supply element can be created by several, for example identical, sub-segments, each of which has a plurality of plates with integrated channels.
Alternativ oder zusätzlich kann das Versorgungselement vollständig additiv gefertigt sein oder zumindest einen additiv gefertigten Teil (3D-Druckteil) aufweisen mit integrierten Kanälen zur Versorgung der Aktormodule, insbesondere zur Versorgung mit Dosierstoff und/oder Druckmedium. Vorzugweise kann ein 3D-Druckteil auch die jeweiligen Halterungen bereitstellen, um die Aktormodule im Betrieb am Dosierkopf zu halten. Vorzugsweise kann ein generativ gefertigter Teil des Versorgungselements mittels Stereolithografie (SLA) oder selektivem Lasersintern (SLS) hergestellt sein. Als Aufbaumaterial können Kunststoffe, z.B. Polyetheretherketon, Aluminium, Edelstahl und/oder Mischungen daraus verwendet werden.Alternatively or additionally, the supply element can be completely additively manufactured or at least have an additively manufactured part (3D printed part) with integrated channels for supply. The actuator modules are supplied, in particular for the delivery of dosing material and/or printing medium. Preferably, a 3D-printed part can also provide the respective holders to keep the actuator modules on the dispensing head during operation. Preferably, a component of the delivery element can be additively manufactured using stereolithography (SLA) or selective laser sintering (SLS). Suitable materials include plastics, e.g., polyetheretherketone, aluminum, stainless steel, and/or mixtures thereof.
Ungeachtet der konkreten Ausführung ist das Versorgungselement vorzugsweise so ausgebildet, dass jedes Aktormodul mittels zumindest eines Kanals, vorzugsweise zwei Kanälen, mit Dosierstoff versorgt wird. Diese Kanäle des Versorgungselements werden auch als Dosierstoffkanäle bezeichnet. Vorzugsweise können alle Aktormodule eines Dosierkopfs denselben Dosierstoff erhalten. Die Dosierstoffkanäle können Teil der Medienversorgungseinrichtung sein. Das Versorgungselement umfasst weiterhin Kanäle, um jedes Aktormodul im Betrieb mit Druckluft zu versorgen. Diese Kanäle werden auch als Druckluftkanäle bezeichnet. Vorzugsweise ist das Versorgungselement so ausgebildet, dass für jedes Aktormodul ein Druckluftkanal zur Befüllung und/oder Entlüftung der ersten Aktorkammer und ein separater Kanal zur Befüllung und/oder Entlüftung der zweiten Aktorkammer vorgesehen ist. Vorzugsweise ist jeweils ein Druckluftkanal mit einem Arbeitsanschluss eines Pneumatikventils verbunden.Regardless of the specific design, the supply element is preferably configured such that each actuator module is supplied with metering fluid via at least one channel, preferably two channels. These channels of the supply element are also referred to as metering fluid channels. Preferably, all actuator modules of a metering head can receive the same metering fluid. The metering fluid channels can be part of the media supply system. The supply element further comprises channels for supplying each actuator module with compressed air during operation. These channels are also referred to as compressed air channels. Preferably, the supply element is configured such that one compressed air channel is provided for each actuator module for filling and/or venting the first actuator chamber, and a separate channel is provided for filling and/or venting the second actuator chamber. Preferably, each compressed air channel is connected to a working port of a pneumatic valve.
Bevorzugt sind die Kanäle zur Luftverteilung (Druckluftkanäle) im Versorgungselement so ausgebildet, dass ein einzelnes Pneumatikventil zwei oder mehr Aktormodule, insbesondere gleichzeitig, mit Druckluft versorgt.Preferably, the air distribution channels (compressed air channels) in the supply element are designed such that a single pneumatic valve supplies two or more actuator modules with compressed air, in particular simultaneously.
Bevorzugt ist das Versorgungselement so ausgebildet, dass zwei oder mehr Druckluftkanäle, die jeweils einer ersten Aktorkammer unterschiedlicher Aktormodule zugeordnet sind, von einem gemeinsamen (Haupt-)Kanal abzweigen bzw. dort ihren Ursprung haben, wobei der (Haupt-)Kanal endseitig mit einem Arbeitsanschluss eines Pneumatikventils verbunden ist und mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist das Versorgungselement so ausgebildet, dass zwei oder mehr Druckluftkanäle, die jeweils einer zweiten Aktorkammer unterschiedlicher Aktormodule zugeordnet sind, von einem gemeinsamen (Haupt-)Kanal abzweigen bzw. dort ihren Ursprung haben, wobei der (Haupt-)Kanal endseitig mit einem Arbeitsanschluss eines Pneumatikventils verbunden ist und mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Beispielsweise kann sich ein jeweiliger (Haupt-)Kanal in vier oder mehr einzelne Druckluftkanäle aufteilen. Vorteilhafterweise können dadurch mehrere Aktormodule mittels desselben Pneumatikventils betrieben werden, wobei der (Haupt-)Kanal möglichst nahe an den zugeordneten Aktormodulen vereinzelt werden kann, was die Herstellung des Versorgungselements vereinfachen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass alle Druckluftkanäle, die einem Pneumatikventil zugeordnet sind, dieselbe Länge haben können, was bei den betreffenden Aktormodulen zu einem gleichen dynamischen Verhalten führt bzw. zu einem gleichen Delay. Das kann sich vorteilhaft auf eine vergleichbare Dosierung auswirken.Preferably, the supply element is configured such that two or more compressed air channels, each assigned to a first actuator chamber of different actuator modules, branch off from or originate in a common (main) channel, wherein the (main) channel is connected at its end to a working port of a pneumatic valve and can be pressurized with compressed air. Alternatively or additionally, the supply element is configured such that two or more compressed air channels, each assigned to a second actuator chamber of different actuator modules, branch off from or originate in a common (main) channel, wherein the (main) channel is connected at its end to a working port of a pneumatic valve and can be pressurized with compressed air. For example, each (main) channel can be divided into four or more individual compressed air channels. Advantageously, this allows several actuator modules to be operated by means of the same pneumatic valve, whereby the (main) channel can be divided as close as possible to the assigned actuator modules, which can simplify the manufacture of the supply element. Another advantage is that all compressed air channels assigned to a pneumatic valve can have the same length, resulting in identical dynamic behavior and delay for the relevant actuator modules. This can have a beneficial effect on comparable dosing.
Das Versorgungselement kann so ausgebildet sein, dass die jeweiligen Aktormodule im Betrieb zumindest teilweise im Versorgungselement selbst angeordnet sein, d.h. abschnittsweise darin aufgenommen werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der (gesamte) Pneumatikaktor in den Sandwichplatten und/oder in einer 3D-Druck-Einheit angeordnet ist, wobei nur die Fluidikeinheit aus dem Versorgungselement hinausragt, ggf. nur die Düse. Es ist auch möglich, dass ein jeweiliges Aktormodul vollständig im Versorgungselement angeordnet ist, wobei die Düse bündig mit einer Außenoberfläche des Versorgungselements ist.The supply element can be designed such that the respective actuator modules are at least partially located within the supply element itself during operation, i.e., section by section, integrated into it. For example, it is possible that the (entire) pneumatic actuator is located within the sandwich panels and/or in a 3D-printed unit, with only the fluidic unit protruding from the supply element, possibly only the nozzle. It is also possible that a respective actuator module is located entirely within the supply element, with the nozzle being flush with an outer surface of the supply element.
Die räumliche Anordnung der Aktormodule am Dosierkopf richtet sich vorzugsweise nach dem gewünschten Dosiermuster. Entsprechend sind auch asymmetrische (Dosier-)Muster möglich. Sofern eine Anwendung eine separate Steuerung eines jeweiligen Aktormoduls erfordert, kann jedem Aktormodul oder bestimmten Aktormodulen ein eigenes Pneumatikventil zugeordnet sein. Die jeweiligen Pneumatikventile können mittels einer Steuereinrichtung separat betrieben werden. Es ist auch möglich, dass unterschiedliche Dosierstoffe an verschiedene Aktormodule zugeführt werden. Vorteilhafterweise können dadurch, insbesondere in Kombination mit einem beweglichen Dosierkopf, beliebige und auch komplexe Muster dosiert werden.The spatial arrangement of the actuator modules on the dispensing head is preferably determined by the desired dispensing pattern. Accordingly, asymmetrical (dispensing) patterns are also possible. If an application requires separate control of each actuator module, each actuator module or specific actuator modules can be assigned their own pneumatic valve. The respective pneumatic valves can be operated separately by means of a control unit. It is also possible to supply different dispensing materials to different actuator modules. Advantageously, this allows for the dispensing of any desired and even complex patterns, particularly in combination with a movable dispensing head.
Besonders bevorzugt kann ein Versorgungselement zumindest eine Platte, z.B. ein Frästeil, und zumindest einen additiv gefertigten Teil aufweisen. Vorzugsweise kann ein Teil des Versorgungselements, der die Druckluftkanäle umfasst, ein additiv gefertigtes Bauteil sein. Entsprechend kann ein anderer Teil des Versorgungselements, der die Dosierstoffkanäle umfasst, ein Frästeil sein. Ein solches Frästeil kann aus Kunststoff bestehen, insbesondere aus Polyetheretherketon. Ein Frästeil, das vorzugsweise aus einer (einzigen) Platte mit integrierten Dosierstoffkanälen besteht, bildet vorzugsweise einen Medienverteiler zur Versorgung einer Mehrzahl von Aktormodulen. Somit kann das Versorgungselement bevorzugt mehrteilig ausgebildet sein und/oder kann Teile aus unterschiedlichen Werkstoffen umfassen. Es ist auch möglich, dass ein Versorgungselement zwei oder mehr Platten, z.B. Frästeile, und/oder zwei oder mehr separat hergestellte 3D-Druckteile aufweist, die zusammenwirken zur Bereitstellung des Versorgungselements.A supply element preferably comprises at least one plate, e.g., a milled part, and at least one additively manufactured part. Preferably, one part of the supply element, comprising the compressed air channels, can be an additively manufactured component. Correspondingly, another part of the supply element, comprising the metering channels, can be a milled part. Such a milled part can be made of plastic, in particular polyetheretherketone. A milled part, preferably consisting of a (single) plate with integrated metering channels, preferably forms a media distributor for supplying a plurality of actuator modules. Thus, the supply element can preferably be multi-part and/or comprise parts made of different materials. It is also possible for a supply element to comprise two or more plates, e.g., milled parts. and/or features two or more separately manufactured 3D printed parts that work together to provide the supply element.
Die Verwendung eines additiv gefertigten Versorgungselements kann eine besonders flexible Führung von (sämtlichen) Kanälen im Versorgungselement ermöglichen. Dadurch können die Aktormodule noch individueller zueinander am Dosierkopf angeordnet werden, z.B. auch in sehr geringen Abständen. Weiterhin vorteilhaft können durch 3D-Druck die Luftkanäle strömungstechnisch optimiert werden. Beispielsweise können gekrümmte Bahnen und/oder trompetenförmige Übergänge zu einer höheren Leistung führen. Vorteilhafterweise können die jeweiligen Kanäle im Wesentlichen dieselbe Länge haben, was für eine vergleichbare Dosierung wichtig ist. Weiterhin kann durch die Auswahl des Materials für den 3D-Druck eine besondere Medienbeständigkeit sichergestellt werden.The use of an additively manufactured supply element allows for particularly flexible routing of (all) channels within the supply element. This enables the actuator modules to be arranged even more individually relative to each other on the dispensing head, e.g., even at very small intervals. Furthermore, 3D printing offers the advantage of optimizing the air channels from a flow perspective. For example, curved paths and/or trumpet-shaped transitions can lead to higher performance. Advantageously, the respective channels can be essentially the same length, which is important for comparable dispensing. Additionally, the choice of material for 3D printing can ensure exceptional media resistance.
Es ist möglich, dass ein Pneumatikventil und die zugeordneten Druckluftkanäle zur Versorgung wenigstens eines Aktormoduls ein Pneumatik-Modul bilden. Vorzugsweise kann ein solches Pneumatik-Modul einen additiv gefertigten Grundkörper und ein damit zusammenwirkendes Pneumatikventil haben. Das Pneumatikventil kann zumindest teilweise im additiv gefertigten Teil angeordnet sein, z.B. eingesteckt. Das Pneumatik-Modul kann vorzugsweise mit anderen, insbesondere baugleichen, Pneumatik-Modulen lösbar gekoppelt werden und/oder kann mit einem Medienverteiler umfassend Dosierstoffkanäle lösbar gekoppelt werden, um ein Versorgungselement zu bilden. Der Medienverteiler kann ein Frästeil sein.It is possible for a pneumatic valve and the associated compressed air channels for supplying at least one actuator module to form a pneumatic module. Preferably, such a pneumatic module can have an additively manufactured base body and a pneumatic valve interacting with it. The pneumatic valve can be arranged at least partially within the additively manufactured part, e.g., inserted. The pneumatic module can preferably be detachably coupled to other, particularly identical, pneumatic modules and/or can be detachably coupled to a media distributor comprising metering channels to form a supply element. The media distributor can be a milled part.
Es ist bevorzugt, dass ein jeweiliges Pneumatik-Modul zwei oder mehr Pneumatikventile umfasst und so ausgebildet ist, dass zwei oder mehr Aktormodule im Betrieb mit Druckluft versorgt werden können. Beispielsweise kann ein Pneumatik-Modul zwei Pneumatikventile aufweisen, wobei im additiv gefertigten Grundkörper Druckluftkanäle zur Versorgung von jeweils vier Aktormodulen (je Pneumatikventil) ausgebildet sind. Der additiv gefertigte Teil des Pneumatik-Moduls weist vorzugsweise für jedes (zu koppelnde) Aktormodul eine Aussparung auf, in die zumindest der Bereich des jeweiligen Pneumatikaktors mit der ersten und zweiten Druckkammer aufgenommen werden kann. Die Fluidikeinheit des jeweiligen Aktormoduls kann vorzugsweise in eine Aussparung im Medienverteiler aufgenommen werden. Vorteilhafterweise kann ein Dosierkopf ein oder mehrere solcher Pneumatik-Module aufweisen, die lösbar damit verbunden sind. Dadurch kann eine Demontage der Aktormodule, z.B. für eine Wartung, vereinfacht werden, indem das betreffende Pneumatik-Modul als Einheit vom restlichen Versorgungselement bzw. vom Dosierkopf getrennt wird.It is preferred that each pneumatic module comprises two or more pneumatic valves and is designed such that two or more actuator modules can be supplied with compressed air during operation. For example, a pneumatic module can have two pneumatic valves, with compressed air channels for supplying four actuator modules (per pneumatic valve) being formed in the additively manufactured base body. The additively manufactured part of the pneumatic module preferably has a recess for each (to be coupled) actuator module, into which at least the area of the respective pneumatic actuator with the first and second pressure chambers can be received. The fluidic unit of the respective actuator module can preferably be received in a recess in the media distributor. Advantageously, a metering head can have one or more such pneumatic modules that are detachably connected to it. This simplifies the disassembly of the actuator modules, e.g. for maintenance, by separating the relevant pneumatic module as a unit from the rest of the supply element or the dosing head.
Je nach Dosieranforderung können mehrere Aktormodule in einer Reihe am Dosierkopf angeordnet sein. Folglich kann der Dosierkopf grundsätzlich nicht nur rund sein, sondern unterschiedliche Ausgestaltungen haben. Auch bei einer linearen Anordnung kann jedem Aktormodul ein eigenes Pneumatikventil zugeordnet sein, um z.B. Muster zu dosieren oder eine Schrägstellung des Dosierkopfs zu einer Bewegungsrichtung des Dosierkopfs zu ermöglichen. Eine lineare Anordnung der Aktormodule kann z.B. bei Lackieraufgaben gewünscht sein.Depending on the dispensing requirements, several actuator modules can be arranged in a row on the dispensing head. Consequently, the dispensing head is not limited to round shapes but can have various designs. Even with a linear arrangement, each actuator module can be assigned its own pneumatic valve, for example, to dispense samples or to allow the dispensing head to be tilted relative to its direction of movement. A linear arrangement of the actuator modules may be desirable, for example, in painting applications.
Es ist möglich, dass zwei oder mehr Aktormodule in Form einer Baugruppe zusammengefasst sind. Diese Baugruppe kann eine entsprechende Anzahl an Modulträgern aufweisen, um die Aktormodule im Betrieb mit Druckluft und Dosiermedium zu versorgen. Die Modulträger können in Form eines Versorgungselements realisiert sein, z.B., wie zuvor anhand eines Dosierkopfs beschrieben wurde. It is possible for two or more actuator modules to be combined into a single assembly. This assembly can include a corresponding number of module carriers to supply the actuator modules with compressed air and metering medium during operation. The module carriers can be implemented as a supply element, for example, as previously described using a metering head.
Beispielsweise können vier Modulträger zu einer Einheit zusammengefasst sein. Eine solche Aktormodulbaugruppe kann ein einzelnes Pneumatikventil haben oder für jedes Aktormodul ein separates Pneumatikventil aufweisen. Vorzugsweise können mehrere solcher Baugruppen kombiniert werden für einen Dosiervorgang. Beispielsweise können mehrere Aktormodulbaugruppen aneinandergereiht werden. Vorteilhafterweise kann ein Dosierkopf und/oder ein Versorgungselement aus mehreren Einheiten (Aktormodulbaugruppen) bestehen, die im Betrieb miteinander kombiniert bzw. gekoppelt werden können. Dadurch kann eine flexible Anpassung an bestimmte Dosieranforderungen erreicht werden. Die einzelnen Aktormodule können vorzugsweise einen konstanten Abstand zueinander haben. Eine solche lineare Anordnung kann für Lackieraufgaben sinnvoll sein, z.B. für großflächige Beschichtungen.For example, four module carriers can be combined into a single unit. Such an actuator module assembly can have a single pneumatic valve or a separate pneumatic valve for each actuator module. Preferably, several such assemblies can be combined for a dispensing process. For example, several actuator module assemblies can be connected in series. Advantageously, a dispensing head and/or a supply element can consist of several units (actuator module assemblies) that can be combined or coupled together during operation. This allows for flexible adaptation to specific dispensing requirements. The individual actuator modules can preferably have a constant distance from each other. Such a linear arrangement can be useful for painting tasks, e.g., for large-area coatings.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen schematisch:
-
1 und2 im Schnitt dargestellte Ansichten von Aktormodulen gemäß der Erfindung, -
3 eine im Schnitt dargestellte Ansicht von Teilen eines Pneumatikaktors gemäß der Erfindung und zwei vergrößerte Ausschnitte, -
4 im Schnitt dargestellte und teilweise vergrößerte Ansichten von Teilen eines Pneumatikaktors gemäß der Erfindung, -
5 eine im Schnitt dargestellte Ansicht eines Aktormoduls gemäß der Erfindung, -
6 bis 8 im Schnitt dargestellte Ansichten von Teilen von Pneumatikaktoren gemäß der Erfindung, -
9 und10 perspektivische Ansichten von Dosierköpfen gemäß der Erfindung, -
11 und12 perspektivische Ansichten von Teilen von Dosierköpfen gemäß der Erfindung, -
13 eine Ansicht eines Teils eines Dosierkopfs gemäß der Erfindung, -
14 und15 Ansichten von Aktormodulbaugruppen mit Aktormodulen gemäß der Erfindung, -
16 und17 Ansichten von Pneumatikaktoren gemäß der Erfindung mit Walzenventilen, -
18 bis 22 Ansichten, teilweise im Schnitt, von Dosierköpfen gemäß der Erfindung, -
23 eine Ansicht eines Teils eines Dosierkopfs gemäß der Erfindung, -
24 eine im Schnitt dargestellte Ansicht eines Aktormoduls gemäß der Erfindung, -
25 eine im Schnitt dargestellte Ansicht eines Aktormoduls gemäß der Erfindung.
-
1 and2 Sectional views of actuator modules according to the invention, -
3 a cross-sectional view of parts of a pneumatic actuator according to the invention and two enlarged sections, -
4 Sectional and partially enlarged views of parts of a pneumatic actuator according to the invention, -
5 a cross-sectional view of an actuator module according to the invention, -
6 to 8 Sectional views of parts of pneumatic actuators according to the invention, -
9 and10 perspective views of dosing heads according to the invention, -
11 and12 perspective views of parts of dosing heads according to the invention, -
13 a view of part of a dosing head according to the invention, -
14 and15 Views of actuator module assemblies with actuator modules according to the invention, -
16 and17 Views of pneumatic actuators according to the invention with roller valves, -
18 to 22 Views, some in section, of dosing heads according to the invention, -
23 a view of part of a dosing head according to the invention, -
24 a cross-sectional view of an actuator module according to the invention, -
25 A cross-sectional view of an actuator module according to the invention.
In
Der Pneumatikaktor 1 hat einen Stößel 2 mit einer länglichen Stößelstange 22, die an einer Seite des Kolbens 20 fest damit verbunden ist, wobei die Stößelstange 22 und der Kolben 20 aus einem Stück gefertigt sind, so dass der Stößel 2 einteilig bzw. einstückig ist. Die Stößelstange 22 erstreckt sich ausgehend vom Kolben 20 bis zu einer endseitigen Stößelspitze 25. Die Stößelspitze 25 ist in einer Düsenkammer 36 angeordnet, die im Betrieb Dosierstoff DS enthält (nicht gezeigt). Die Düsenkammer 36 ist hier nach oben durch eine Dosierstoffdichtung 26 begrenzt, die den Stößel 2 in einem Abschnitt allseitig umschließt. Oberhalb der Dosierstoffdichtung 26 ist eine Drainageöffnung 27 angeordnet, um im Fall einer Undichtigkeit der Dosierstoffdichtung 26 einen Austritt von Dosierstoff DS zu ermöglichen.The pneumatic actuator 1 has a plunger 2 with an elongated plunger rod 22, which is rigidly connected to the piston 20 on one side. The plunger rod 22 and the piston 20 are manufactured as a single unit, so that the plunger 2 is a single, monolithic component. The plunger rod 22 extends from the piston 20 to an end plunger tip 25. The plunger tip 25 is located in a nozzle chamber 36, which contains metering fluid DS during operation (not shown). The nozzle chamber 36 is bounded at the top by a metering fluid seal 26, which completely surrounds the plunger 2 in one section. A drainage opening 27 is located above the metering fluid seal 26 to allow the escape of metering fluid DS in the event of a leak in the metering fluid seal 26.
In
In
Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 wird dadurch beendet, dass eine Seite 21 oder Fläche 21 des Kolbens 20 auf das nach unten weisende Ende der Wand 12' des Hubanschlags 11 auftrifft. Der (End-)Bereich der Wand 12', der dem Kolben 20 zugewandt ist, bildet ein Dichtelement 13. In der hier gezeigten Endposition EP liegt die Seite 21 des Kolbens 20 dichtend am Dichtelement 13 an. Entsprechend kann in der ersten Endposition EP mittels des Dichtelements 13 eine im Wesentlichen luftdichte Verbindung zwischen dem Kolben 20 und der innenliegenden Wand 10' des Hohlzylinders 10 des Pneumatikaktors 1 ausgebildet werden. Damit kann erreicht werden, dass die erste Aktorkammer 15 im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen ist gegenüber der zweiten Aktorkammer 16, wobei bei einer Befüllung der zweiten Aktorkammer 16 möglichst keine Druckluft DL ungenutzt entweicht, obwohl der Kolben 20 dichtungsfrei im Hohlzylinder 10 gelagert ist. Im Ausschnitt oben rechts ist angedeutet, dass der Kolben 20 im Bereich B, was einer Längserstreckung des Kolbens 20 entspricht, keine Dichtung aufweist, insbesondere keine Kolbendichtung. Die dichtungsfreie Lagerung des Kolbens 20 ist in
In
In
Die Stößelstange 22 hat entlang ihrer Längserstreckung unterschiedliche Umfänge bzw. Durchmesser. Das hat zur Folge, dass in einem Bereich B' ein bestimmter Abstand zwischen einer Außenoberfläche 22' der Stößelstange 22 und einer Innenwand 33 des Führungselements 31 ist. In einem anderen Bereich B'', der sich in Richtung der Stößelspitze 25 an den Bereich B' anschließt, und in dem die Stößelstange 22 einen größeren Durchmesser als im Bereich B' hat, ist ein Abstand zwischen der Außenoberfläche 22' der Stößelstange 22 und der Innenwand 33 des Führungselements 31 entsprechend kleiner. Es ist auch möglich, dass die Stößelstange 22 während einer Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung das Führungselement 31 im Bereich B'' direkt kontaktiert. Um den Verschleiß möglichst gering zu halten, kann die Stößelstange 22 im Bereich ihrer Lauffläche 23, über die sie das Führungselement 31 ggf. kontaktiert, ein besonders verschleißarmes Material aufweisen, z.B. ein Hartmetall. Weiterhin kann das Führungselement 31 im Bereich einer Gleitfläche 32, die im Betrieb ggf. von der Stößelstange 22 kontaktiert wird, ein besonders widerstandsfähiges Material aufweisen. Beispielsweise kann eine Innenwand 33 des Führungselements 31 im Bereich B'' aus Hartmetall bestehen. Die Stößelstange 22 weist im Bereich der Stößeldichtung 26 eine Beschichtung 24 auf, um den Verschleiß zu minimieren. Die Stößelstange 22 umfasst einen weiteren Bereich B'', der unterhalb des Kolbens 20 ist bzw. sich ausgehend vom Kolben 20 in Richtung der Stößelspitze 25 erstreckt. In diesem Bereich B'' hat die Stößelstange 22 einen größeren Durchmesser als im Bereich B', wobei ein Abstand zwischen der Außenoberfläche 22' der Stößelstange 22 und der Innenwand 33 des Führungselements 31 entsprechend kleiner. Es ist auch möglich, dass die Stößelstange 22 während einer Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung das Führungselement 31 im (oberen) Bereich B'' direkt kontaktiert. Es ist allgemein bevorzugt, dass die beiden Bereiche B'' mit vergrößertem Umfang und/oder die entsprechenden Kontaktbereiche zum Führungselement 31 möglichst weiter auseinanderliegen, um ein Verkippen bzw. Klemmen des Stößels 2 zu vermeiden. Durch diese Anordnung kann eine genauere konzentrische Führung des Stößels 2 erreicht werden.The pushrod 22 has different circumferences or diameters along its length. As a result, in one region B', there is a specific distance between an outer surface 22' of the pushrod 22 and an inner wall 33 of the guide element 31. In another region B'', which adjoins region B' towards the pushrod tip 25, and where the pushrod 22 has a larger diameter than in region B', the distance between the outer surface 22' of the pushrod 22 and the inner wall 33 of the guide element 31 is correspondingly smaller. It is also possible that the pushrod 22 makes direct contact with the guide element 31 in region B'' during an upward or downward movement. To minimize wear, the pushrod 22 can have a particularly wear-resistant material, e.g., a hard metal, in the area of its running surface 23, via which it may contact the guide element 31. Furthermore, the guide element 31 can have a particularly wear-resistant material in the area of a sliding surface 32, which may be contacted by the pushrod 22 during operation. The guide element 31 must be made of a resistant material. For example, the inner wall 33 of the guide element 31 in region B'' can be made of hard metal. The pushrod 22 has a coating 24 in the region of the plunger seal 26 to minimize wear. The pushrod 22 includes a further region B'', which is located below the piston 20 or extends from the piston 20 towards the plunger tip 25. In this region B'', the pushrod 22 has a larger diameter than in region B', with a correspondingly smaller distance between the outer surface 22' of the pushrod 22 and the inner wall 33 of the guide element 31. It is also possible that the pushrod 22 makes direct contact with the guide element 31 in the (upper) region B'' during an upward or downward movement. It is generally preferred that the two areas B'' with enlarged circumference and/or the corresponding contact areas with the guide element 31 are located as far apart as possible in order to prevent tilting or jamming of the plunger 2. This arrangement allows for more precise concentric guidance of the plunger 2.
Die Fluidikeinheit 30 umfasst hier zwei separate Kanäle 34, 35, die endseitig jeweils einen Medienanschluss 39 haben und in die Düsenkammer 36 münden. Die Kanäle 34, 35 können im Betrieb parallel dazu genutzt werden, um der Düsenkammer 36 Dosierstoff zuzuführen. Weiterhin können die Kanäle 34, 35 dazu genutzt werden, um die Fluidikeinheit 30 zu spülen, z.B. um Luft zu entfernen. Dazu kann Dosierstoff mittels der Kanäle 34, 35 durch die Düsenkammer 36 hindurchgeführt werden. Es ist auch möglich, mittels der Kanäle 34, 35 die Fluidikeinheit 30, insbesondere den Düseneinsatz 37', zu reinigen, z.B. indem ein Reinigungsmedium durch die Düsenkammer 36 geleitet wird.The fluidic unit 30 comprises two separate channels 34 and 35, each with a media connection 39 at its end and leading into the nozzle chamber 36. During operation, the channels 34 and 35 can be used in parallel to supply metering fluid to the nozzle chamber 36. Furthermore, the channels 34 and 35 can be used to flush the fluidic unit 30, for example, to remove air. For this purpose, metering fluid can be passed through the nozzle chamber 36 via the channels 34 and 35. It is also possible to clean the fluidic unit 30, in particular the nozzle insert 37', using the channels 34 and 35, for example, by passing a cleaning medium through the nozzle chamber 36.
In
In
In
In
In
In
In den
Das Versorgungselement 90 ist so ausgebildet, dass jedes Pneumatikventil 7 mit zwei Kanälen 96 im Versorgungselement 90 verbunden ist, wobei in
In
In der von oben zweiten Platte 93 des Versorgungselements 90 teilt sich der andere Druckluftkanal 96', der z.B. dem mittleren Pneumatikventil 7 zugeordnet ist, in vier einzelne Kanäle 92' auf. Jeweils ein Kanal 92' ist einem anderen Aktormodul 3 zugeordnet, um die erste Aktorkammer der Pneumatikaktoren der Aktormodule 3 mit Druckluft zu versorgen. Der Druckluftkanal 96', der auch als (Haupt-)Kanal bezeichnet wird, verläuft in der sichtbaren Platte 93 zuerst nach unten und ist mit einem Arbeitsanschluss des mittleren Pneumatikventils 7 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt jeder Druckluftkanal 96' des Versorgungselements 90 in der beschriebenen Weise ausgebildet ist. Weiterhin kann sich auch der jeweilige Druckluftkanal 96 zur Versorgung der zweiten Aktorkammer in vergleichbarer Weise in mehrere Kanäle aufteilen, allerdings in einer anderen Ebene bzw. Platte des Versorgungselements 90.In the second plate 93 of the supply element 90, the other compressed air channel 96', which is assigned, for example, to the middle pneumatic valve 7, divides into four individual channels 92'. Each channel 92' is assigned to a different actuator module 3 to supply the first actuator chamber of the pneumatic actuators of the actuator modules 3 with compressed air. The compressed air channel 96', which is also referred to as the (main) channel, runs downwards in the visible plate 93 and is connected to a working port of the middle pneumatic valve 7. It should be noted that preferably each compressed air channel 96' of the supply element 90 is configured in the manner described. Furthermore, the respective compressed air channel 96 for supplying the second actuator chamber can also divide into several channels in a comparable manner, but in a different level or plate of the supply element 90.
In
In
Zu Versorgung der Pneumatikaktoren der Aktormodule 3 sind im Versorgungselement 90 zwei Druckluftkanäle 96, 96' angeordnet, die auch als (Haupt-)Kanäle bezeichnet werden, wobei jeder Kanal 96, 96' mit jeweils einem Arbeitsschluss desselben Pneumatikventils verbunden ist. Das Pneumatikventil ist in
In
In
In
In
In
In
Mittels des Drucklufttanks 119 werden alle Pneumatikventile 7 des Dosierkopfs 9 im Betrieb mit Druckluft versorgt. Der Drucklufttank 119 weist mehrere Schlauchfittings 121 auf, die im Betrieb mit Schläuchen (nicht gezeigt) verbunden sind, um dem Drucklufttank 119 von außerhalb des Dosierkopfs 119 Druckluft zuzuführen. Der Dosierkopf 9 umfasst weiterhin einen Sammelbereich 120 für Druckluft, die aus den Dosierventilen 7 bereits wieder ausgeströmt ist. Der Sammelbereich 120 ist Teil des Versorgungselements 90 und weist mehrere Schlauchfittings 121' auf, um die Druckluft mittels nicht gezeigter Schläuche nach außerhalb des Dosierkopfs 9 zu führen.The compressed air tank 119 supplies all pneumatic valves 7 of the metering head 9 with compressed air during operation. The compressed air tank 119 has several hose fittings 121 which are connected to hoses (not shown) during operation to supply compressed air to the compressed air tank 119 from outside the metering head 119. The metering head 9 also includes a collection area 120 for compressed air that has already flowed out of the metering valves 7. The collection area 120 is part of the supply element 90 and has several hose fittings 121' to convey the compressed air outside the metering head 9 via hoses (not shown).
Der Dosierkopf 9 weist eine Halteplatte 117 mit einer Vielzahl von Aussparungen auf, wobei jeweils ein Aktormodul 3 in eine Aussparung eingesteckt werden kann und, wie in
In
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Pneumatikaktoren, Aktormodulen, Dosierventilen und Dosierköpfen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist der beschriebene Pneumatikaktor nicht auf Jetventile beschränkt, sondern kann auch in anderen Dosierventilen mit einem bewegbaren Stößel eingesetzt werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.Finally, it should be noted once again that the pneumatic actuators, actuator modules, metering valves, and metering heads described in detail above are merely exemplary embodiments which can be modified in various ways by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the described pneumatic actuator is not limited to jet valves but can also be used in other metering valves with a movable plunger. Furthermore, the use of the indefinite articles "a" or "an" does not preclude the possibility that the relevant features may be present multiple times.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Pneumatikaktorpneumatic actuator
- 22
- StößelPestle
- 33
- AktormodulActuator module
- 44
- DosierventilMetering valve
- 55
- Membranmembrane
- 66
- ModulträgerModule carrier
- 77
- Pneumatikventilpneumatic valve
- 88
- MedienversorgungMedia supply
- 99
- Dosierkopfdosing head
- 9'9'
- AktormodulbaugruppeActuator module assembly
- 1010
- Zylinder/HohlzylinderCylinder/Hollow Cylinder
- 10'10'
- WandWall
- 10''10''
- Innenrauminterior
- 1111
- Anschlag/HubanschlagStop/lift stop
- 1212
- HohlzylinderHollow cylinder
- 12'12'
- WandWall
- 12''12''
- Innenrauminterior
- 1313
- DichtelementSealing element
- 1414
- DichtelementSealing element
- 1515
- AktorkammerActuator chamber
- 1616
- AktorkammerActuator chamber
- 1717
- GehäuseHousing
- 20,20,
- 20' Kolben20' piston
- 21,21,
- 21' Seite/Fläche Kolben21' Side/Area Piston
- 2222
- Stößelstangepushrod
- 22'22'
- Außenoberfläche StößelstangeOuter surface of pushrod
- 2323
- Laufflächetread
- 2424
- Beschichtungcoating
- 2525
- StößelspitzePestle tip
- 2626
- DosierstoffdichtungMetering material seal
- 2727
- DrainageöffnungDrainage opening
- 3030
- FluidikeinheitFluidic unit
- 3131
- FührungselementGuide element
- 3232
- Gleitflächesliding surface
- 3333
- Innenwand FührungselementInterior wall guide element
- 34,34,
- 35 Kanal35 Channel
- 3636
- DüsenkammerNozzle chamber
- 3737
- Düsenozzle
- 37'37'
- Düseneinsatznozzle insert
- 3838
- zylinderartiger Teilcylindrical part
- 3939
- MedienanschlussMedia connection
- 50, 5150, 51
- Seite MembranMembrane
- 5252
- Anschlagstop
- 5353
- Aussparungrecess
- 70, 7170, 71
- ArbeitsanschlussWork connection
- 9090
- VersorgungselementSupply element
- 91, 91', 92, 92'91, 91', 92, 92'
- Kanalchannel
- 93, 93'93, 93'
- Platteplate
- 9494
- additiv gefertigter Teiladditively manufactured part
- 9595
- BohrungDrilling
- 96, 96'96, 96'
- Kanalchannel
- 9797
- HalteplatteMounting plate
- 9898
- AnschlussConnection
- 9999
- GehäuseHousing
- 100100
- WalzenventilRoller valve
- 101101
- GehäuseHousing
- 102-105102-105
- Kanalchannel
- 106, 107106, 107
- ArbeitsanschlussWork connection
- 110110
- GehäuseHousing
- 111, 111'111, 111'
- AnschlussConnection
- 113113
- MedienverteilerMedia distribution list
- 114114
- MedienanschlussMedia connection
- 115115
- Dichtungseal
- 116, 116'116, 116'
- Kanalchannel
- 117117
- HalteplatteMounting plate
- 118118
- Heizelementheating element
- 119119
- Drucklufttankcompressed air tank
- 120120
- SammelbereichCollection area
- 121, 121'121, 121'
- Schlauchfittinghose fitting
- 122122
- Platinecircuit board
- 123, 123'123, 123'
- 3D-Druckteil3D printed part
- 124124
- Pneumatik-ModulPneumatic module
- 125, 125'125, 125'
- Kanalchannel
- 126, 126'126, 126'
- ArbeitsanschlussWork connection
- B, B', B''B, B', B''
- BereichArea
- DD
- Durchmesserdiameter
- DLDL
- Druckmedium/DruckluftPressure medium/compressed air
- DSDS
- DosierstoffDosage substance
- DTDT
- DichtstellungSealing position
- EP, EP'EP, EP'
- EndpositionFinal position
- RR
- RichtungDirection
- SS
- Stellungposition
- SPSP
- Spaltgap
Claims (18)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024114869.1A DE102024114869A1 (en) | 2024-05-27 | 2024-05-27 | Pneumatic actuator for a metering valve |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024114869.1A Pending DE102024114869A1 (en) | 2024-05-27 | 2024-05-27 | Pneumatic actuator for a metering valve |
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