DE10256044A1

DE10256044A1 - Vorrichtung zum dosierten Austragen von hochviskosem oder flüssigem Material, insbesondere von Klebstoffen

Info

Publication number: DE10256044A1
Application number: DE2002156044
Authority: DE
Inventors: Hans Liman
Original assignee: Liman & Co KG GmbH
Current assignee: Liman & Co KG GmbH
Priority date: 2002-11-30
Filing date: 2002-11-30
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-12-01
Also published as: DE10256044B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Austragen von hochviskosem oder flüssigem Material, insbesondere von Klebstoff, mit einem Füllventil und einem ein Einlassventil aufweisenden Dosiergerät, die derart miteinander verbunden sind, dass der Ventilkörper des Einlassventils aus seinem Ventilsitz durch eine Hubbewegung des Ventilkegels des Füllventils hebbar ist, wobei ein durch den Hub steuerbarer ringförmiger Durchflussspalt für das auszutragende Material durch beide Ventile geschaffen wird. Erfindungsgemäß besitzt der Ventilkörper des Einlalssventils eine zumindest teilweise kegelige Mantelfläche, die in Schließstellung des Ventilkörpers abdichtend an einer Kegelfläche eines Ventilsitzes anliegt, und ferner eine topfförmige vordere Verlängerung aufweist, um die ein elastischer Ring angeordnet ist, der in getrenntem Zustand des Füllventils und des Dosiergerätes die topfförmige Verlängerung um einen Überhub überragt, dessen Maß im Elastizitätsbereich des Ringes liegt, so dass der Ring sich beim Ankuppeln des Füllventils an das Dosiergerät zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise völlig spielfrei an den Mantel der topfförmigen Verlängerung anlegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dosierten Austragen von hochviskosen oder flüssigem Material, insbesondere von Klebstoff, mit einem Füllventil und einem ein Einlassventil aufweisenden Dosiergerät, die derart miteinander verbunden sind, dass der Ventilkörper des Einlassventils aus seinem Ventilsitz durch eine Hubbewegung des Ventilkegels des Füllventils hebbar ist, wobei ein durch den Hub steuerbarer ringförmiger Durchfluss für das auszutragende Material durch beide Ventile geschaffen wird.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 201 06 214 U1 bekannt, in der das Füllventil als Dockingventil und das Einlassventil als Füllerventil bezeichnet werden. In diesem Dokument wird bereits dargestellt, dass Leckstellen der in Kontakt stehenden Ventile zum unerwünschten Ausfließen von Material führen können. Zudem können Leckagen an der Kontaktstelle zwischen den Ventilkörpern dazu führen, dass sich dort kleinere Materialmengen ablagern, die, gegebenenfalls nach Aushärtung, die Funktionsfähigkeit der Ventile beeinflussen. Soweit solche Materialmengen noch keine Schädigungen des Ventilkörpers oder des Ventilsitzes verursacht haben, ist zumindest eine Reinigung der betreffenden Ventile mit dem einhergehenden Produktionsausfall verbunden.

Um Probleme bezüglich Lecks und leckender Ventile zu vermeiden, wird in der DE 201 06 214 U1 ein Füllventil vorgeschlagen, bei dem dessen Ventilsitz und Ventilkörper so ausgebildet sind, dass sie sich im Schließzustand des Ventils nur entlang einer kreisförmigen Kontaktlinie berühren und die jeweiligen Mantelflächen des Ventilsitzes und des Ventilkörpers mit wachsendem Abstand von dieser Kontaktlinie divergieren. Der sich um die Ventilauslassöffnung des Füllventils erstreckende Mantelteil besitzt in einer Längsquerschnittsansicht eine konvex gekrümmte Oberfläche. Die Dosiereinrichtung besitzt an der Einlassöffnung einen sich zum Ausgang verbreiternden konusförmigen Ringmantel, an dem im angedockten Zustand das Füllventil nur entlang einer Kreislinie anliegt. Beiderseits dieser Kreislinie divergieren die jeweils genannten Mantelflächen mit wachsendem Abstand von der Kreislinie. Mit dieser Ausführung wird bezweckt, dass lediglich ein kleines Volumen des zu fördernden Materials in dem Raum von der Kontaktlinie zwischen der Ventilsitzmantelfläche und dem Ventilkörper verbleibt. Dieses verbleibende Volumen soll als Abdichtung bis zur nächsten Füllung dienen. Der Ventilkörper des Einlassventils wird beim Hub des Ventilkörpers des Füllventils aus dessen Ventilsitz betätigt, wodurch in beiden Ventilen ein ringförmiger Durchlassspalt entsteht. Nachteiliger Weise kann durch diese Maßnahme das eingangs geschilderte Leckageproblem nicht beseitigt werden, da sich in den geschaffenen Toträumen nicht nur das zu fördernde Material, sondern auch Schmutz festsetzen kann. Sofern pastöse, hochviskose Flüssigkeiten wie insbesondere Klebstoffe durch die Ventile gefördert werden, die aushärten, droht unter Umständen sogar eine Blockierung des Ventilhubs. Die jeweiligen Sitzflächen und die Ventilkörperoberflächen müssen dann nach Trennen des Füllventils sowie des Dosiergerätes vor der nächsten Inbetriebnahme gereinigt werden.

Die genannten Vorrichtungen werden beispielsweise in Roboterarmen verwendet, die entlang von vorgegebenen Wegstrecken beispielsweise Klebstoffe auf Automobilteile auftragen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der entsprechende Toträume zumindest weitgehend fehlen. Die jeweiligen Geometrien sollen konstruktiv möglichst einfach geschaffen sein und ein einwandfreies Funktionieren der Ventile ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besitzt der Ventilkörper des Einlassventils eine zumindest teilweise kegelige Mantelfläche, die in Schließstellung des Ventilkörpers abdichtend an einer Kegelfläche des Ventilsitzes anliegt, und ferner eine topfförmige vordere Verlängerung, um die ein elastischer Ring angeordnet ist, der in getrenntem Zustand des Füllventils und des Dosiergerätes die topfförmige Verlängerung um einen Überhub überragt, dessen Maß im Elastizitätsbereich des Ringes liegt, so dass der Ring sich beim Ankuppeln des Füllventils an das Dosiergerät zumindest im wesentlichen, vorzugs weise völlig spielfrei an den Mantel der topfförmigen Verlängerung anlegt. Diese Ausbildung bewirkt, dass beim Andocken des Füllventils an das Dosiergerät bzw. an das Dosierventil der elastische Ring aufgrund des vorhandenen Überhubs verformt bzw. komprimiert wird, wodurch dessen ringförmiger Innenmantel nach innen ausweicht und sich abdichtend, vorzugsweise vollflächig über die gesamte Höhe an die Mantelfläche der topfförmigen Verlängerung anlegt. Da die Stirnflächen der topfförmigen Verlängerung sowie des Ventilkörpers des Füllventils vollflächig aneinander liegen, da vorzugsweise beide Flächen gleichförmig und gleich groß sind, wird jeder Freiraum im Übergangsbereich der beiden Ventile vermieden bzw. durch den elastischen Ringkörper ausgefüllt. Hierunter fallen auch solche Ausführungsformen, bei denen der genannte Ring ein Übermaß und eine Mantelkontur besitzt, die beim Aneinanderdocken des Füllventils und des Dosiergerätes über die Verformung des Ringes eine totraumfreie Anlage zwischen dem Ring und der topfförmigen Verlängerung erzielt.

Wird das Füllventil durch Abheben des Ventilkörpers aus dem Ventilsitz geöffnet, wird der Ventilkörper des Einlassventils in gleichem Maße aus dem Ventilsitz gehoben, so dass unter Druck in eine Einlassöffnung des Füllventils gegebenes pastöses oder flüssiges Material durch die Ventile zum Materialauslass der Dosiervorrichtung strömen kann. Beim Schließen des Füllventils wird z. B. durch Federkraft der Ventilkörper des Einlassventils auf seinen Ventilsitz zubewegt. Hierbei verringert sich auch der Ringspalt zwischen dem Mantel der topfförmigen Verlängerung dieses Ventilkörpers und dem elastischen Ring zunehmend, so dass dort vorhandenes Material kontinuierlich verdrängt wird, bis die Mantelfläche der topfförmigen Verlängerung spielfrei an dem elastischen Ring anliegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So ist die topfförmige Verlängerung vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet und verjüngt sich zu ihrem freien Ende. In entsprechender Weise ist vorzugsweise der Innenmantel des elastischen Ringes kegelförmig ausgestaltet, wobei die Kegelwinkel des Innenmantels des Ringes und der topfförmigen Verlängerung (im entspannten Zustand des Ringes) gleich groß sind.

Als Material für den Ring kann prinzipiell jeder verformbare Festkörper verwendet werden, vorzugsweise wird jedoch ein Elastomer gewählt. Hier kommen insbesondere solche Elastomere in Betracht, die, insbesondere gegen Abrasion, verschleißbeständig und chemisch resistent gegen die zu fördernden hochviskosen oder flüssigen Materialien sind. Soweit es erforderlich ist, während des Austragens einer pastösen Flüssigkeit diese selbst oder die Düse zu temperieren, ist das Elastomer entsprechend temperaturstabil zu wählen. In Betracht kommende Elastomere sind Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, (Perbunan), Butyl-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Polyurethan, Flourelastomer (FKM bzw. Viton) oder Kombinationen solcher Werkstoffe einschließlich beschichteten Elastomeren wie z. B. ein mit einem PTFE-Mantel versehener Viton-Körper.

Wie prinzipiell nach dem Stand der Technik bekannt, sind die Stirnflächen der topfförmigen Verlängerung des Ventilkörpers des Einlassventils und des Ventilkegels des Füllventils eben und vertikal zur jeweiligen Ventillängsachse angeordnet. Unter Vermeidung von Toträumen, in denen sich Ablagerungen niederschlagen können, stehen die Stirnflächen in vollflächigem Kontakt. Betreffende Stirnflächen sind vorzugsweise kreisförmig und besitzen einen gleich großen oder kleineren Durchmesser.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollen die Oberflächen der Ventilteile, insbesondere die topfförmige vordere Verlängerung bzw. der gesamte Ventilkörper des Dosiergerätes und/oder der Ventilsitz sowie der Ventilsitz und der Ventilkörper des Füllventils aus Teflon (Polytetrafluorethylen), einem Hartmetall, einem Cermet, einer Keramik oder Stahl sowie mit Hartstoffen beschichtete Werkstoffe der vorgenannten Art bestehen. Diese Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen sind weitgehend verschleißunempfindlich und besitzen eine glatte Oberfläche, die für vorbeiströmende Materialien einen geringstmöglichen Reibungswiderstand bietet.

Der elastische Ring kann prinzipiell am Füllventil oder am Dosiergerät befestigt sein. Da dieser Ring jedoch funktionell mit der topfförmigen Verlängerung kooperiert, ist der Ring vorzugsweise am Dosiergerät befestigt und um die dortige Einlassöffnung zentriert, vorzugsweise der Gestalt, dass der Ring in einer ringförmigen Öffnung des Dosiergerätes eingeklemmt ist.

Wie grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt, können die genannten Ventile pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch bzw. elektromagnetisch steuerbar sein und/oder die jeweiligen Ventilkörper unter einer Federvorspannung bei Druckentlastung im Ventilsitz anliegen.

Für den Fall, dass beim Schließen der beiden Ventile infolge eines unterschiedlichen Ventilhubes der Kontakt zwischen den jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen unter Bildung eines Spaltes aufgehoben wird und sich im Zwischenbereich Schmutz ansammelt, ist ein Draht zur Reinigung der Stirnflächen vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen sowie Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1. eine teilgeschnittene schematische Ansicht einer Füllstation,
2 einen jeweiligen Querschnitt durch das Füllventil sowie einen Teilquerschnitt des Dosiergerätes in getrenntem Zustand und
3 eine vergrößerte Ansicht gemäß Ausschnitt Z in 2.
Die in 1 dargestellte Füllstation besteht im wesentlichen aus einem Füllventil 10 sowie einem Dosiergerät 11, die mittels eines Spannzylinders 12 kuppelbar bzw. trennbar sind. Das Dosiergerät kann beispielsweise mit einer Spritzeinrichtung an einem Roboterarm verbunden sein, die zum gezielten Auftragen von Klebstoffen oder Austragen anderer hochviskoser oder niedrigviskoser Fluide dient. Unter Umständen kann, sofern der Roboterarm die notwendigen Kräfte aufbringen kann, auf den Spannzylinder verzichtet werden; in diesem Fall dockt der Roboterarm das Dosiergerät 11 unmittelbar am Füllventil 10 an.
Die Dosiereinrichtung 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Fülleinrichtung verbunden und besitzt einen Zentrierkegel 36, der die betreffende Verbindung erleichtert. Am freien Ende der Fülleinrichtung ist eine Spritzeinheit mit einem Auslassventil 38 angeordnet.
Wie 2 zu entnehmen, besitzt das Füllventil 10 einen Materialeinlass 13. Unter Druck, beispielsweise mit 3,5 × 10⁷ Pa strömt bei geöffneten Ventilen der Materialfluss in das Dosiergerät, das er an dessen Auslassöffnung 14 verlässt.
Das Füllventil besitzt einen Zylinderraum 15, in dem ein beidseitig beaufschlagbarer Kolben 16 hin- und herbewegbar ist, wozu ein pneumatisches oder hydraulisches Medium in eine der Öffnungen 17 oder 18 eingeführt wird. Der Kolben ist zudem mittels einer Schraubenfeder 19 vorgespannt. Die im Gehäuse des Füllventils geführte Kolbenstange 20 ist an ihrem freien Ende als ein kegelstumpfförmiger Ventilkörper 21 mit einer kreisförmigen ebenen Stirnfläche 22 ausgebildet. Der Kegelmantel dieses Ventilkörpers 21 liegt im Schließzustand in einem Ventilsitz an, der ebenfalls einen Kegelmantel mit gleichem Kegelwinkel aufweist. In dem in 2 dargestellten Schließzustand liegen die Stirnflächen des Ventilsitzeinsatzes und die Stirnfläche 22 in einer Ebene.
Die Dosiereinrichtung weist ebenfalls einen unter dem Druck einer Feder 34 stehenden Ventilkörper 24 auf, der über eine in einer entsprechenden Bohrung geführte Ventilstange 24' zentriert wird. Dieser Ventilkörper 24 besitzt an seiner Vorderseite kegelförmige Mantelflächen 25, die im dargestellten Schließzustand an den den selben Kegelwinkel aufweisenden Kegelflächen 26 eines Ventilsitzes 27 anliegen. Vor derseitig trägt der Ventilkörper eine topfförmige Verlängerung 28 mit einem kegelförmigen Außenmantel 29 und einer kreisförmigen Stirnfläche 30, die einen gleich großen oder geringfügig größeren Durchmesser als die Kreisfläche 22 des Ventilkörpers 21 aufweist. In einer Öffnung eines Rahmens 31 ist ein elastischer Ring 32 klemmend eingelegt, der eine kegelige Innenmantelfläche aufweist, die im entkoppelten Zustand des Dosiergerätes vom Füllventil, vorzugsweise den selben Kegelwinkel aufweist wie die Mantelfläche 29. Der Durchmesser der topfförmigen Verlängerung 28 sowie der Durchmesser der inneren Öffnung des elastischen Ringes 32 verjüngen sich zum offenen Ende. Der elastische Ringkörper steht im getrennten Zustand der Dosiereinrichtung und des Füllventils um einen Überhub 33 vor, dessen Maß im Elastizitätsbereich des vorzugsweise aus einem Elastomer bestehenden Ringes 32 liegt. Wird das Füllventil 10 an das Dosiergerät 11 angedockt, wird der elastische Ring 32 verformt, wobei der elastische Ring 32 sich nach innen aufweitet und die im entspannten Zustand bestehende Lücke 37 zwischen dem Mantel 29 der topfförmigen Verlängerung 28 und seinem konischen Innenmantel schließt. Die Bemessung des Ringes 32 wird so gewählt, dass dieser über seine gesamte Höhe möglichst ringsum vollflächig an dem Mantel 29 der topfförmigen Verlängerung 28 in angedocktem Zustand, gegebenenfalls unter leichter Vorspannung anliegt.
Die Bemaßungen sowie die Stirnflächengeometrie des Dosiergerätes sowie des Füllventils werden so gewählt, dass im angedockten Zustand die kreisförmigen Stirnfläche 22 vollflächig an der Stirnfläche 30 anliegt.
Wird durch pneumatische, hydraulische oder elektrische bzw. elektromagnetische Steuerung der Ventilkörper 21 aus seinem Ventilsitz abgehoben, schiebt der Ventilkörper 21 die topfförmige Verlängerung 28 und den Ventilkörper 24 in entsprechender Weise zurück, so dass der Ventilkörper 24 ebenfalls aus dem Ventilsitz 26 gehoben wird. Hierdurch wird eine jeweils dem Hub entsprechende Ringspaltöffnung gebildet, durch die bei anstehendem Materialdruck das auszutragende Fluid hindurchströmen kann. Die Durchflussmenge ist durch die Hubveränderung der Ventilkörper (21, 24) steuerbar.
Wird das Füllventil geschlossen, d. h. sobald der Ventilkörper 21 auf den Ventilsitz gedrückt wird, schließt auch das Einlassventil, da die Feder 34 den Ventilkörper 24 in seinen Ventilsitz presst. Bei dieser Schließbewegung verengt sich der Durchlassspalt zwischen der topfförmigen Verlängerung 28 und dem elastischen Ring 32, wobei etwa dort vorhandenes Fluid in der dargestellten Abbildung „nach oben" abströmt.

Claims

Vorrichtung zum dosierten Austragen von hochviskosem oder flüssigem Material, insbesondere von Klebstoff, mit einem Füllventil (10) und einem ein Einlassventil (24, 27) aufweisenden Dosiergerät (11), die derart miteinander verbunden sind, dass der Ventilkörper (24) des Einlassventils aus seinem Ventilsitz (27) durch eine Hubbewegung des Ventilkegels (21) des Füllventils hebbar ist, wobei ein durch den Hub steuerbarer ringförmiger Durchflussspalt für das auszutragende Material durch beide Ventile (21, 23; 24, 27) geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (24) des Einlassventils eine zumindest teilweise kegelige Mantelfläche (25), die in Schließstellung des Ventilkörpers (24) abdichtend an einer Kegelfläche (26) eines Ventilsitzes (27) anliegt, und ferner eine topfförmige vordere Verlängerung (28) aufweist, um die ein elastischer Ring (32) angeordnet ist, der in getrenntem Zustand des Füllventils (10) und des Dosiergerätes (11) die topfförmige Verlängerung (28) um einen Überhub (33) überragt, dessen Maß im Elastizitätsbereich des Ringes (32) liegt, so dass der Ring (32) sich beim Ankuppeln des Füllventils (10) an das Dosiergerät (11) zumindest im wesentlichen, vorzugsweise völlig spielfrei an den Mantel (29) der topfförmigen Verlängerung (28) anlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die topfförmige Verlängerung (28) eine sich zum freien Ende verjüngende Kegelstumpfform besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel des Mantels (29) der topfförmigen Verlängerung (28) gleich groß dem Kegelwinkel des Innenmantels des Ringes (32) im entspannten Zustand ist oder dass der Ring eine Kontur hat, die nach dem Aufbringen einer Spannung die topfförmige Verlängerung (28) spaltlos einschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (32) aus einem Elastomer, vorzugsweise Acrylnitril-Butadien-Kaut schuk (Perbunan), Butyl-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyurethan, Silikon-Kautschuk, Flourelastomer (FKM) oder Kombinationen der genannten Elastomere oder beschichteten Elastomeren besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen (22, 30) der topfförmigen Verlängerung (28) des Ventilkörpers (24) des Dosierventils und des Ventilkegels (21) des Füllventils eben und vertikal zur jeweiligen Ventillängsachse (35) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die topfförmige vordere Verlängerung (28), vorzugsweise der gesamte Ventilkörper (24, 28) des Dosiergerätes (11) und/oder der Ventilsitz (26) sowie der Ventilsitz (23) und der Ventilkörper (21) des Füllventils (10) aus Teflon (Polytetrafluorethylen), einem Hartmetall, Cermet, einer Keramik oder Stahl oder aus einem der vorgenannten Werkstoffe mit einer Hartstoffbeschichtung bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (32) an dem Dosiergerät (11) befestigt ist, vorzugsweise in einer ringförmigen Öffnung eingeklemmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (21, 23: 24, 27) pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder elektromagnetisch steuerbar sind und/oder die Ventilkörper (21, 24) unter einer Federvorspannung bei Druckentlastung im Ventilsitz anliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Reinigen der Ventilkörperstirnflächen (22, 30) ein entlang dieser Flächen führbarer Draht vorgesehen ist.