Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Nadelventil zum Auftragen von viskosem Material gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Nadelventile dieser Art weisen eine Feder auf, die auf den Kolben wirkt und die Nadel auf den Ventilsitz drückt. Zum Öffnen des Nadelventils wird der Kolben mit Druckluft beaufschlagt, so dass die Nadel vom Ventilsitz abgehoben wird. Zum Schließen des Nadelventils wird die Druckluftzufuhr unterbrochen und die Nadel wird durch die Federkraft in einer Schließbewe¬ gung zum Ventilsitz zurückgeführt. Zur Verringerung der Viskosität wird das viskose Material beheizt. Hierdurch heizt sich der Ventilkörper des Nadel- ventils in der Regel auf Temperaturen um 100° C auf. Das die Druckluft¬ zufuhr steuernde Steuerventil ist für solche Temperaturen nicht ausgelegt, so dass es vom Nadelventil getrennt angeordnet werden muss. Die Druck¬ luftzufuhr erfolgt über eine Schlauchverbindung, die ein Vielfaches an Druck¬ luftvolumen aufnimmt, als für die eigentliche Steuerung des Nadelventils be- nötigt wird. Hieraus ergeben sich Verzögerungen und Ungenauigkeiten im Schaltvorgang des Nadelventils. Auch die durch die Federkraft durchgeführte Schließbewegung der Nadel führt zu Ungenauigkeiten im Schaltvorgang. Die Schließgeschwindigkeit und die Dauer des Schließvorgangs sind allein ab¬ hängig von der Federkonstanten der Feder. Diese kann im Lauf der Zeit oder durch Temperaturschwankungen variieren.

Beim Einsatz des Nadelventils in einem Roboter, beispielsweise in der Au¬ tomobilindustrie, ist eine genaue Dosierung des viskosen Materials beson¬ ders wichtig. Bei geschlossenem Nadelventil wird das viskose Material unter Druck gesetzt, so dass nach Ansteuerung des Nadelventils mit einem den Befehl "Ventil öffnen" charakterisierenden Signal mit möglichst geringer Ver¬ zögerungszeit ein Materialauftrag erfolgen kann. Dieser Vordruck muss auf die Reaktionszeit des Nadelventils auf das Signal "Ventil öffnen" gut abge¬ stimmt sein, so dass einerseits sofort ein Materialauftrag erfolgt, andererseits aber unmittelbar nach dem Öffnen des Nadelventils nicht zu viel Material aufgetragen wird, so dass ein Klecks entsteht. Mit den bekannten Nadelven- tilen der eingangs genannten Art ist aber eine Überwachung der Reaktions¬ zeit, die sich im Betrieb ändern kann, nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Nadelventil der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass es zum Materialauftrag präziser angesteuert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Nadelventil mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 , 9 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildun¬ gen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Anspruch 1 liegt der Gedanke zugrunde, dass zur Vermeidung von Verzögerungen im Schaltvorgang das Steuerventil möglichst nahe am Kolben angeordnet ist. Hierdurch werden Verzögerungen vermieden, die aus dem großen Volumen der bisher übli- chen, die Verbindung zwischen dem Steuerventil und dem Kolben herstel¬ lenden Druckluftleitungen resultieren. Um das Steuerventil, das vorzugswei¬ se als empfindliches Magnetventil ausgebildet ist, vor Schäden durch Tem¬ peratureinwirkung zu bewahren, ist es mittels eines Abstandshalters am Ventilkörper befestigt. Dieser weist eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Ventilkörper auf, so dass er eine thermische Trennung zwischen dem Ventil¬ körper und dem Steuerventil bildet.

Vorzugsweise ist der Abstandshalter ein Block aus einem Material, das einen kleineren Wärmeleitkoeffizienten als das Material des Ventilkörpers aufweist. Letzteres ist in der Regel Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Eine ausreichende thermische Trennung wird dann oft schon dadurch hergestellt, wenn als Abstandshalter ein Block aus Edelstahl verwendet wird. Eine noch bessere thermische Trennung oder Isolierung erhält man, wenn der Ab¬ standshalter als Block aus einem schlecht Wärme leitenden Kunststoff aus¬ gebildet ist.

Die den Kolben beaufschlagende Feder ist zweckmäßig in einem Deckel aufgenommen, der als Widerlager für die Federkraft dient, und der lösbar am Ventilkörper angebracht ist. Dadurch lässt sich die Feder leicht austauschen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Anspruch 9 ist der Kolben zum Erzeugen einer Schließbewegung der Nadel in Richtung zum Ventilsitz mit¬ tels des Steuerventils mit Druckluft beaufschlagbar. Diese Lösung kann auch mit der oben genannten Lösung kombiniert werden, wobei der Abstandshal¬ ter zweckmäßig zwei Druckluftkanäle aufweist: einen zum Zuleiten der Druckluft zum Öffnen des Nadelventils und einen weiteren zum Zuleiten der Druckluft zum Schließen des Nadelventils. Wenn sowohl die Öffnungs- als auch die Schließbewegung des Nadelventils durch auf den Kolben wirkende Druckluft bewirkt wird, ist die Schließbewegung nicht abhängig von der Fe¬ der. Die Feder dient dann lediglich dazu, die Nadel im geschlossenen Zu¬ stand des Nadelventils auf den Ventilsitz zu drücken. Im Laufe der Zeit auf- tretende Veränderungen der Federkonstante spielen hierbei eine unterge¬ ordnete Rolle. Das Steuerventil ist dabei zweckmäßig als 5/2-Wegeventil, vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet.

Der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Anspruch 12 liegt der Gedanke zugrunde, dass mittels des analogen Sensors die Kolbenstellung vorzugs¬ weise zeitabhängig gemessen werden kann, so dass eine Fehlfunktion des Nadelventils wie beispielsweise nur teilweises Öffnen/Schließen oder Verzö¬ gerungen beim Schaltvorgang sofort festgestellt werden kann. Dabei besteht der Kolben zweckmäßig zumindest teilweise aus Metall und der Sensor weist einen induktiven Näherungsschalter zur Messung des Abstands zum Kolben auf. Der Näherungsschalter weist vorteilhafterweise einen Oszillator mit einer im Abstand zum Kolben angeordneten Magnetspule auf. Eine Änderung des Abstands zwischen der Magnetspule und dem Kolben führt zu einer Ände¬ rung der Höhe der Schwingungsamplitude des Oszillators. Diese wird zweckmäßig mittels einer Auswerteeinrichtung zeitabhängig ausgewertet und aus ihr die Stellung des Kolbens bestimmt. Durch Verschleiß oder Tempera- turänderungen bewirkte Änderungen in der Reaktionszeit beim Öffnen und Schließen des Nadelventils werden detektiert, so dass die Ansteuerung des Nadelventils ständig an die sich ändernden Bedingungen angepasst werden kann. Es wird besonders bevorzugt, dass der Kolben zumindest teilweise aus einem ferromag netischen oder ferrimagnetischen Material besteht. Hier- durch erhält man eine besonders starke Änderung der Schwingungsamplitu¬ de bei Annäherung des Kolbens an die Magnetspule.

Zweckmäßig weist der Sensor ein Kunststoffgehäuse auf. Dieses bildet eine thermische Isolierung und schützt ihn vor den durch die Beheizung des vis- kosen Materials bedingten hohen Temperaturen des Ventilkörpers. Gleich¬ zeitig werden die Feldlinien der Spule durch das Kunststoffgehäuse kaum beeinträchtigt. Der Ventilkörper besteht zweckmäßig aus einem nicht ferro- magnetischen und nicht ferrimagnetischen Material, vorzugsweise aus Alu¬ minium oder einer Aluminiumlegierung, so dass auch dieser die Feldlinien der Spule kaum beeinflusst. Der Sensor ist zweckmäßig in einen Deckel ein¬ gesetzt, der lösbar am Ventilkörper angebracht ist. Dies ermöglicht einen raschen und einfachen Austausch des Sensors.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung schema- tisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Eine Schnittdarstellung eines Nadelventils gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Nadelventils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Das in Fig. 1 dargestellte Nadelventil 10 weist einen Ventilkörper 12 aus ei¬ nem aluminiumhaltigen Werkstoff auf. Ein Ventilsitz 14 ist zwischen einem Materialeinlass 16 und einem Materialauslass 18 angeordnet. Über den Ma- terialeinlass 16 wird viskoser Kleb- oder Dichtstoff von einem Vorratsbehälter eingeleitet, der über eine an den Materialauslass 18 angeschlossene Düse auf ein Werkstück aufgebracht wird. Zum Verschließen der Durchtrittsöff¬ nung zwischen dem Materialeinlass 16 und dem Materialauslass 18 wirkt eine Nadel 20 auf den Ventilsitz 14, die an ihrem dem Ventilsitz 14 abge¬ wandten Ende mit einem Kolben 22 verbunden ist. Der Kolben 22 ist beidsei- tig mit Druckluft beaufschlagbar, wobei eine Druckluftbeaufschlagung an seiner Unterseite 24 eine Öffnungsbewegung der Nadel 20 und eine Druck¬ luftbeaufschlagung an seiner Oberseite 26 eine Schließbewegung der Nadel 20 bewirkt. Die Druckluftzufuhr wird durch ein 5/2-Wege-Magnetventil 28 gesteuert, das außen am Ventilkörper 12 angebracht ist.

Der Ventilkörper 12 weist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Heizein¬ richtung auf, die dazu dient, den Ventilkörper 12 auf einer Temperatur zu halten, die eine ausreichende Fließeigenschaft des durchzuleitenden Kleb¬ oder Dichtstoffs gewährleistet. Solche Temperaturen betragen typischerwei- se 100° C. Um das empfindliche Magnetventil 28 vor der hohen Temperatur des Ventilkörpers 12 zu schützen, ist zwischen beiden ein Abstandshalter 30 in Form eines Edelstahlblocks angeordnet. Der Edelstahlblock 30 weist zwei Druckluftkanäle 32, 34 auf, wobei der erste Druckluftkanal 32 der Zuleitung von Druckluft zur Unterseite 24 des Kolbens 22, der zweite Druckluftkanal 34 der Zuleitung von Druckluft zur Oberseite 26 des Kolbens 22 dient. Der Kol¬ benraum wird nach oben hin durch einen lösbar am Ventilkörper 12 befestig¬ ten Deckel 36 begrenzt, in den eine Feder 38 eingesetzt ist. Die Feder 38 beaufschlagt den Kolben 22 und dient dazu, die Nadel 20 auf den Ventilsitz 14 zu drücken und das Nadelventil 10 bei fehlender Druckluftbeaufschlagung des Kolbens 22 geschlossen zu halten. Der Öffnungs- und der Schließvor¬ gang werden jeweils durch Zuleitung von Druckluft durch die Druckluftkanäle 32, 34 mittels des Magnetventils 28 gesteuert. Das Nadelventil 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) unter¬ scheidet sich vom Nadelventil 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in den Deckel 136 ein analoger Abstandssensor 140 einge- setzt ist. Bauteile, die für die Darstellung der Wirkungsweise des Sensors 140 nicht relevant sind, wie die Feder, das Magnetventil, der Abstandshalter oder der Ventilsitz, sind in Fig. 2 nicht dargestellt.

Der Abstandssensor 140 weist ein Kunststoffgehäuse 142 zum Schutz ge- gen die hohe Temperatur des Ventilkörpers 112 auf. Desweiteren weist er einen Oszillator mit einer im Abstand zum Kolben 122 angeordneten Mag¬ netspule auf. Der Oszillator ist über ein Kabel 144 mit einer Auswerteeinrich¬ tung verbunden, mit der zeitabhängig die Höhe der Schwingungsamplitude des Oszillators gemessen und ausgewertet wird. Die Schwingungsamplitude des Oszillators ist abhängig von der Entfernung der Magnetspule zu dem die Nadel 120 tragenden Kolben 122. Dieser besteht aus einem ferromagneti- schen Metall, in dem durch das Wechselfeld der Magnetspule Wirbelströme induziert werden, die dem Oszillator Energie entziehen und dadurch die Hö¬ he der Schwingungsamplitude beeinflussen. Mittels der zeitabhängigen Messung des Abstands zwischen der Magnetspule und dem Kolben 122 kann die unter veränderbaren Bedingungen variierende Reaktionszeit des Kolbens 122 auf Druckbeaufschlagung überwacht und zur Optimierung des Auftragsprozesses angepasst werden. Der aus einer Aluminiumlegierung gefertigte Ventilkörper 112 beeinflusst dabei die Feldlinien der Spule kaum. Dagegen ist der auf dem Ventilkörper 112 lösbar befestigte Deckel 136 zur Abschirmung der Spule vor äußeren Magnetfeldern aus einem ferromagneti- schen Material gefertigt.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Na- delventil zum Auftragen von viskosem Material, wie Klebstoff oder Dichtstoff, auf ein Werkstück, mit einem Ventilkörper 12; 112 und mit einer im Ventil¬ körper 12; 112 gelagerten, zum Schließen auf einen Ventilsitz 14 wirkenden Nadel 20; 120, welche mit einem Kolben 22; 122 verbunden ist, der federbe¬ aufschlagt die Nadel 20; 120 auf den Ventilsitz 14 drückt und der mittels ei¬ nes Steuerventils 28 zum Abheben der Nadel 20; 120 vom Ventilsitz 14 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuerventil 28 mittels eines mindestens einen Druckluftkanal 32, 34 zum Zuleiten der Druckluft zum Kolben 22; 122 aufweisenden Abstandshalters 30 am Ventilkörper 12; 112 befestigt ist, der eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Ventilkörper 12; 112 aufweist.