计量阀和计量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种计量阀，其包括：具有排出口的阀腔室；设置在阀腔室中或之上 的关闭元件；和执行装置。此外，本发明还涉及一种用于配量物质的计量方法。
【背景技术】
[0002] 诸如粘接剂、涂料、印刷清漆、整合在粘合剂系统中的导电物质（例如焊膏）、用于 LED的整流材料（即，大多数具有高填料含量、特别是陶瓷填料的粘稠性膏体）等从液态到 粘稠性的配量物质被有目的地施加在目标表面上。例如，有目的地、准确地为电子线路板配 设导电物质，这代替了相对不灵活的工艺，例如掩膜工艺或刮板工艺。在此，一个重要的要 求是：将配量物质高精度地，即在正确的时间点、在正确的地点上以精确计量的数量输送到 目标表面。例如，这可以通过利用计量系统的喷嘴一滴一滴地输出来实现，在此，应该根据 喷嘴的作用尽可能准确地预先确定液滴的大小和/或数量。替代地，配量物质可以流束的 形式被喷射或以雾状的形式被喷涂。
[0003] 目前所使用的上述类型的计量阀具有执行装置，该执行装置使关闭元件在工作时 沿着推出方向和退回方向运动。大多数情况下使用细长的柱塞作为关闭元件，其可以通过 沿推出方向的运动完全地关闭计量阀喷嘴的排出口。在柱塞沿推出方向运动时，利用柱塞 将配量物质从排出口射出。
[0004] 除了这种通过关闭元件固定地关闭排出口的方式之外，美国专利文献7767266B2 提出了一种替代的方式。该专利文献描述了一种设计为开放式系统的计量阀：利用计量螺 栓沿着喷嘴排出口的方向输送配量物质，并因此使配量物质在到达能够被柱塞密封的收集 中空室之前沿着通道间隙通过柱塞。这种开放式系统的特征在于：配量物质理论上可以不 受阻碍地沿着排出口的方向流动并且只受到其粘度的阻碍。为此，通道间隙的尺寸必须足 够大。计量装置的这种开放性设计还意味着，配量物质的流动是通过对计量螺栓的操作并 在施加极高压力的情况下实现的，否则配量物质的高粘度会阻碍这种流动。这种计量螺栓 代表了相比于封闭系统的附加元件；但是首先计量装置必须是适应于高压力的，这意味着 会在材料方面产生巨大的额外支出。尽管如此，却仍然无法阻止材料损耗的增大以及伴随 着有鉴于高压力所使用的高质量强化材料而产生的更大的维护困难。
[0005] 此外还存在一种用于将流动性介质（例如涂料）喷涂在待喷涂表面上的喷嘴， 在此，介质被加载压缩空气并通过喷嘴进行挤压。其中的一个实施例来自于专利文献 DE102005011043A1。在此，为了调整在单位时间内在一定压力下输出的数量，在喷嘴的排放 横截面中设有以其尖部向外伸出的针形件，其中，喷嘴在其位置上关于针形件是可调整的， 以便能够使排放横截面关于喷涂进程改变其净宽度。由此例如可以确定施加在表面上的待 喷涂介质的厚度。这样的喷嘴例如适用于喷枪，但不适用于对物质进行高精度的、特别是液 滴状的计量。
[0006] 如果配量物质不是易流动的物质（例如具有类似于水的粘稠度），而是相对粘稠 的介质，这特别是对于高精度计量的挑战是相当大的。例如高浓缩的粘接剂、被加入大剂量 颜料的涂料或具有高含量颜料的漆等等。因此，对于具有（高）含量聚合物、特别是长链聚 合物的物质的计量也是特别复杂的。如前所述，所有这些配量物质的在大多数情况下的高 粘度基本上决定了需要非常高的压力，以便能够有目的地、准确地从计量系统的喷嘴向外 输出配量物质。如此高的压力通常难以建立并维持，特别是因为计量系统中的密封件和其 他的灵敏部件也需要被相应地抗压地实现。此外，通过为配量物质的压力设置一定的边界 值，可以使配量物质会基于压力而沿着各个目标表面的方向被加速。而基于源于喷嘴的过 高加速度而导致的在目标表面上的过高撞击速度则意味着计量结果会变得更差，即，使得 配量物质在目标表面上的喷涂更加不精确。
[0007] -般情况下，液态乃至粘稠性的配量物质是指各种具有流动性的液体或者各种包 含液体的、具有流动性的混合物。在此，粘桐的定义从尚于水的粘度延伸至接近固态物质特 性的粘度。特别是将具有触变特性或剪切稀释特性（即结构粘性）的配量物质看作是粘稠 的配量物质。这意味着，配量物质在静止状态下的粘度高于在运动状态下的粘度，并且在恢 复到静止状态时至少近似地（可能在一定的静止阶段之后）再次达到较高的原有粘度。因 此，在静止状态下具有固态物质的（近似）特性并且仅在运动状态下可流动的物质或介质 仍然被看作是粘稠的。
[0008] 为了精确地输出配量物质，特别重要的是在计量阀的喷嘴上对配量物质进行高精 度定义的切断，从而能够尽可能准确地、提前定义地输出待输出配量物质的量，并且在计量 阀关闭之后不会有另外的配量物质从喷嘴向外流出。换句话说，计量阀的关闭机构应该能 够特别快速、有效地关闭，以确保在输出进程终止时在实践中立刻切断配量物质。这种输出 过程的终止可以看作是配量物质流束的（也包括暂时性的）中断，也可以被认为是配量物 质在下一次液滴输出之前的单次液滴输出的终止。
[0009] 当配量物质具有强聚合特性时，配量物质在喷嘴、即喷嘴的喷嘴开口上的立刻分 离是特别难以实现的。通常是配量物质的已经离开喷嘴开口的部分与配量物质的仍旧存在 于喷嘴中的部分通过相对韧性的介质"丝"连接起来。而这种丝必须在输出过程终止时正 好被切断。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提出一种替代的、如何有效地关闭或打开开头所述类型的计量 阀的技术方案。特别有利的是，该替代方案能够特别精细定义的切断配量物质的液流。在 此，特别关注点有利地在于对粘稠、主要是触变和/或剪切稀释的配量物质进行更有效、即 更精细的计量。
[0011] 本发明的目的通过根据权利要求1所述的计量系统以及根据权利要求14所述的 计量方法来实现。
[0012] 为此，根据本发明的计量阀具有执行装置，用于使排出口和优选阀腔室的 至少包括排出口的部分或区域、甚至优选整个阀腔室均在运行中相对于阀腔室载体 (Ventilkammer-Lagerung)沿着推出方向和/或退回方向运动，从而在运行中以至少一种 运动模式（或以至少一种预设的运行模式）在排出口沿着推出方向运动时利用柱塞将配量 物质通过排出口推出。即，将执行装置设计并设置为，其直接和/或间接地使排出口运动。 正如下面还将要说明的那样，可以将计量阀设计为或借助合适的控制装置对计量阀实施控 制，以使计量阀能够以不同的运动模式或运行模式运行。在此，至少在一种运行模式下，柱 塞和排出口之间的相对运动可以在沿推出方向的每次运动中将被尽可能准确地确定（计 量）数量的配量物质尽可能快速地从排出口输出。这种方法的优点特别是在高精度的计量 阀中非常明显，因为柱塞和排出口之间的快速相对运动正是在此所期望的。
[0013] 也就是说，本发明避免了只有关闭元件沿推出方向或退回方向的运动，而是完全 或至少部分地以排出口的运动、优选至少以阀腔室的一部分或一个区域的运动来代替关闭 元件的运动。在此，优选阀腔室是利用阀腔室元件定义或构成的中空空间，该中空空间在阀 腔室元件的内部空间中延伸，并且该内部空间定义了中空空间的尺寸及其布局（即，其位 置和/或方向）。在此将阀腔室元件看做是阀腔室的部件，或者说阀腔室和阀腔室元件的概 念在下面是作为同义词使用的。在此背景下，阀腔室元件可以起到机械联接元件的作用，其 传递由执行装置施加的力和运动，由此使得排出口沿推出方向或退回方向进行所期望的运 动。在根据本发明的方法中，阀腔室的内部尺寸（高度尺寸或容积）在执行器运行中将根 据运动方向而减小或增大。
[0014] 排出口被定义为圆柱形的或（例如呈圆锥形）逐渐变细的通道，其从计量阀的内 部通向计量阀的外部。因此，排出口在一侧受到计量阀或计量腔室的内部的限制，在另一侧 受到其外部环境的限制，并且沿周向受到喷嘴或孔口装置（Blendenvorrichtung)的限制， 喷嘴或孔口装置定义了排出口的通道，并可以被视为阀腔室的一部分。喷嘴或孔口装置的 朝向排出口通道的表面仍然被定义为属于排出口，由此可以通过喷嘴或孔口装置的位置或 运动来获知排出口的位置和运动。
[0015] 如同现有技术中一样，关闭元件和排出口也是以相对运动彼此靠近或离开地运 动，但是这种相对运动现在至少不再是只通过关闭元件来完成，而是至少局部地或完全由 排出口来执行。
[0016] 首先，通过排出口借助于执行装置的运动，也能产生与前述现有技术相同的效果， 即关闭元件和排出口相对于彼此的位置变化。即，可以由此在关闭的系统中实现计量阀的 打开和关闭运动，在此，关闭运动是沿推出方向的运动，即，计量柱塞被向外推出并最终关 闭阀门。在此，本发明可以有利地促使计量阀的关闭作用更加有效。在此，即使在开放系统 中也可以通过对推出运动和退回运动的准确定义来实现对配量物质的可能流量的节流或 增大。
[0017] 在第一种情况下，排出口沿朝向关闭元件的方向的运动与配量物质的流动方向相 反地作用，在此，配量物质被从计量阀内部的方向向外输送，即从关闭元件离开，或者说通 过关闭元件或至少在其帮助下通过排出口向外输送。通过这种有针对性的反向运动可以使 配量物质在端部被突然切断。也就是说，本发明可以应用在下述情况下：配量物质的流束沿 预先定义的流动方向从排出口流出。现在，通过排出口或通过阀腔室或其构成排出口的部 分执行与该流动相反的反向运动，这导致配量物质流束突然、立即地中断，并因此实现了对 流束的定义清晰的切断。特别是对于剪切稀释或触变的配量物质，通过这种突然的切断或 通过排出口的这种与流动方向相反的、有针对性的反向运动，可以比现有技术更加定义清 晰地中断配量物质的材料流。
[0018] 在实践中，对"关闭机构"的理解也可以与开放系统中的相似，只是在这里，配量物 质的流动不是通过完全关闭排出口来切断，而是根据配量物质的粘度通过减小通道间隙来 阻止配量物质的进一步离开，或者使材料流被相应地节流。
[0019] 重点在于，在该框架下特别是可以针对两种类型的配量物质（即介质或计量介 质）实现特别有效的精细计量：在此，一方面是焊膏或导电粘接剂，即通常填充有软颗粒的 介质。另一方面是填充有非常硬的、也就是起到研磨作用的颗粒的、基于硅或环氧化物的粘 接剂，其可以例如用于导热、电绝缘或对光的光学影响。目前，对这些配量物质的计量是非 常困难的，然而借助于根据本发明的计量阀可以获得最好的、即非常精细准确的计量结果。 虽然与现有技术相比，在根据本发明的计量阀中必须有更多的元件或更大的区域在运动， 但是通过这种计量阀可以实现惊人的效果提升。
[0020] 优选阀腔室具有喷嘴，该喷嘴具有排出口。在此，特别优选将关闭元件设置在阀腔 室中，以使排出口（特别是阀腔室）在沿着推出方向运动时能够运动至关闭元件上，在此， 通过关闭元件将配量物质从喷嘴向外推出，并且排出口在沿着退回方向运动时从关闭元件 运动离开。排出口可以在沿着退回方向运动时如前所述地运动至关闭元件，然后在沿该方 向的运动结束时通过关闭元件自动地完全关闭排出口，或使关闭元件和排出口之间的间隙 非常小，以使粘稠状的配量物质无法继续通过。
[0021] 执行装置可以包括一个或多个执行器。优选该一个或多个执行器与阀腔室或阀腔 室的构成排出口的部分以及阀腔室载体相联接。
[0022] 阀腔室载体可以例如是阀壳体，即基本上封闭的容器，但是阀腔室载体也可以只 包括框架，阀腔室和执行装置设置在该框架的内部。
[0023] 将关闭元件定义为一体化的或由多部分组成的元件，其优选具有长形的形状，例 如圆柱形的形状，例如柱塞，并且例如使用硅来制造。但也可以是圆形的或卵形的关闭元 件，其可运动地或固定地设置或安装在关闭通道中。关闭元件可以设置在关闭通道中，该关 闭通道是一中空体，优选为圆柱形的中空体，其在内部定义、即围成一中空空间，关闭元件 至少局部地设置在该中空空间的内部，以便关闭元件关闭中空空间。
[0024] 关于本发明应该注意的是：这种关闭作用也可能是复杂的，而且并非必须通过关 闭元件来完全地密封中空空间而产生：根据本发明的计量阀也可以是开放的系统，这特别 对于前述的对剪切稀释或触变的配量物质的计量是明显有利的。
[0025] 在这样的开放系统中，关闭元件和排出口或几乎构成排出口在阀腔室中的延长部 并在该情况下与排出口一起运动的关闭通道之间的协同作用的焦点在于：在关闭元件和排 出口或关闭通道之间应该至少局部地设定足够大的通道间隙，以使配量物质能够通过该通 道间隙。该通道间隙构成了用于配量物质的通过通道。配量物质可以在充分运动的状态 下流动穿过该通过通道。相反，在不运动的状态下或在配量物质的粘度仅略微下降的运动 模式或运动方式下，配量物质将有利地保留在由通道间隙构成的通过通道中而不再继续流 动。