計(jì)量閥和計(jì)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)量閥，其包括：具有排出口的閥腔室；設(shè)置在閥腔室中或之上 的關(guān)閉元件；和執(zhí)行裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種用于配量物質(zhì)的計(jì)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如粘接劑、涂料、印刷清漆、整合在粘合劑系統(tǒng)中的導(dǎo)電物質(zhì)（例如焊膏）、用于 LED的整流材料（即，大多數(shù)具有高填料含量、特別是陶瓷填料的粘稠性膏體）等從液態(tài)到 粘稠性的配量物質(zhì)被有目的地施加在目標(biāo)表面上。例如，有目的地、準(zhǔn)確地為電子線路板配 設(shè)導(dǎo)電物質(zhì)，這代替了相對(duì)不靈活的工藝，例如掩膜工藝或刮板工藝。在此，一個(gè)重要的要 求是：將配量物質(zhì)高精度地，即在正確的時(shí)間點(diǎn)、在正確的地點(diǎn)上以精確計(jì)量的數(shù)量輸送到 目標(biāo)表面。例如，這可以通過利用計(jì)量系統(tǒng)的噴嘴一滴一滴地輸出來實(shí)現(xiàn)，在此，應(yīng)該根據(jù) 噴嘴的作用盡可能準(zhǔn)確地預(yù)先確定液滴的大小和/或數(shù)量。替代地，配量物質(zhì)可以流束的 形式被噴射或以霧狀的形式被噴涂。
[0003] 目前所使用的上述類型的計(jì)量閥具有執(zhí)行裝置，該執(zhí)行裝置使關(guān)閉元件在工作時(shí) 沿著推出方向和退回方向運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)情況下使用細(xì)長的柱塞作為關(guān)閉元件，其可以通過 沿推出方向的運(yùn)動(dòng)完全地關(guān)閉計(jì)量閥噴嘴的排出口。在柱塞沿推出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用柱塞 將配量物質(zhì)從排出口射出。
[0004] 除了這種通過關(guān)閉元件固定地關(guān)閉排出口的方式之外，美國專利文獻(xiàn)7767266B2 提出了一種替代的方式。該專利文獻(xiàn)描述了一種設(shè)計(jì)為開放式系統(tǒng)的計(jì)量閥：利用計(jì)量螺 栓沿著噴嘴排出口的方向輸送配量物質(zhì)，并因此使配量物質(zhì)在到達(dá)能夠被柱塞密封的收集 中空室之前沿著通道間隙通過柱塞。這種開放式系統(tǒng)的特征在于：配量物質(zhì)理論上可以不 受阻礙地沿著排出口的方向流動(dòng)并且只受到其粘度的阻礙。為此，通道間隙的尺寸必須足 夠大。計(jì)量裝置的這種開放性設(shè)計(jì)還意味著，配量物質(zhì)的流動(dòng)是通過對(duì)計(jì)量螺栓的操作并 在施加極高壓力的情況下實(shí)現(xiàn)的，否則配量物質(zhì)的高粘度會(huì)阻礙這種流動(dòng)。這種計(jì)量螺栓 代表了相比于封閉系統(tǒng)的附加元件；但是首先計(jì)量裝置必須是適應(yīng)于高壓力的，這意味著 會(huì)在材料方面產(chǎn)生巨大的額外支出。盡管如此，卻仍然無法阻止材料損耗的增大以及伴隨 著有鑒于高壓力所使用的高質(zhì)量強(qiáng)化材料而產(chǎn)生的更大的維護(hù)困難。
[0005] 此外還存在一種用于將流動(dòng)性介質(zhì)（例如涂料）噴涂在待噴涂表面上的噴嘴， 在此，介質(zhì)被加載壓縮空氣并通過噴嘴進(jìn)行擠壓。其中的一個(gè)實(shí)施例來自于專利文獻(xiàn) DE102005011043A1。在此，為了調(diào)整在單位時(shí)間內(nèi)在一定壓力下輸出的數(shù)量，在噴嘴的排放 橫截面中設(shè)有以其尖部向外伸出的針形件，其中，噴嘴在其位置上關(guān)于針形件是可調(diào)整的， 以便能夠使排放橫截面關(guān)于噴涂進(jìn)程改變其凈寬度。由此例如可以確定施加在表面上的待 噴涂介質(zhì)的厚度。這樣的噴嘴例如適用于噴槍，但不適用于對(duì)物質(zhì)進(jìn)行高精度的、特別是液 滴狀的計(jì)量。
[0006] 如果配量物質(zhì)不是易流動(dòng)的物質(zhì)（例如具有類似于水的粘稠度），而是相對(duì)粘稠 的介質(zhì)，這特別是對(duì)于高精度計(jì)量的挑戰(zhàn)是相當(dāng)大的。例如高濃縮的粘接劑、被加入大劑量 顏料的涂料或具有高含量顏料的漆等等。因此，對(duì)于具有（高）含量聚合物、特別是長鏈聚 合物的物質(zhì)的計(jì)量也是特別復(fù)雜的。如前所述，所有這些配量物質(zhì)的在大多數(shù)情況下的高 粘度基本上決定了需要非常高的壓力，以便能夠有目的地、準(zhǔn)確地從計(jì)量系統(tǒng)的噴嘴向外 輸出配量物質(zhì)。如此高的壓力通常難以建立并維持，特別是因?yàn)橛?jì)量系統(tǒng)中的密封件和其 他的靈敏部件也需要被相應(yīng)地抗壓地實(shí)現(xiàn)。此外，通過為配量物質(zhì)的壓力設(shè)置一定的邊界 值，可以使配量物質(zhì)會(huì)基于壓力而沿著各個(gè)目標(biāo)表面的方向被加速。而基于源于噴嘴的過 高加速度而導(dǎo)致的在目標(biāo)表面上的過高撞擊速度則意味著計(jì)量結(jié)果會(huì)變得更差，即，使得 配量物質(zhì)在目標(biāo)表面上的噴涂更加不精確。
[0007] -般情況下，液態(tài)乃至粘稠性的配量物質(zhì)是指各種具有流動(dòng)性的液體或者各種包 含液體的、具有流動(dòng)性的混合物。在此，粘桐的定義從尚于水的粘度延伸至接近固態(tài)物質(zhì)特 性的粘度。特別是將具有觸變特性或剪切稀釋特性（即結(jié)構(gòu)粘性）的配量物質(zhì)看作是粘稠 的配量物質(zhì)。這意味著，配量物質(zhì)在靜止?fàn)顟B(tài)下的粘度高于在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的粘度，并且在恢 復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)至少近似地（可能在一定的靜止階段之后）再次達(dá)到較高的原有粘度。因 此，在靜止?fàn)顟B(tài)下具有固態(tài)物質(zhì)的（近似）特性并且僅在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下可流動(dòng)的物質(zhì)或介質(zhì) 仍然被看作是粘稠的。
[0008] 為了精確地輸出配量物質(zhì)，特別重要的是在計(jì)量閥的噴嘴上對(duì)配量物質(zhì)進(jìn)行高精 度定義的切斷，從而能夠盡可能準(zhǔn)確地、提前定義地輸出待輸出配量物質(zhì)的量，并且在計(jì)量 閥關(guān)閉之后不會(huì)有另外的配量物質(zhì)從噴嘴向外流出。換句話說，計(jì)量閥的關(guān)閉機(jī)構(gòu)應(yīng)該能 夠特別快速、有效地關(guān)閉，以確保在輸出進(jìn)程終止時(shí)在實(shí)踐中立刻切斷配量物質(zhì)。這種輸出 過程的終止可以看作是配量物質(zhì)流束的（也包括暫時(shí)性的）中斷，也可以被認(rèn)為是配量物 質(zhì)在下一次液滴輸出之前的單次液滴輸出的終止。
[0009] 當(dāng)配量物質(zhì)具有強(qiáng)聚合特性時(shí)，配量物質(zhì)在噴嘴、即噴嘴的噴嘴開口上的立刻分 離是特別難以實(shí)現(xiàn)的。通常是配量物質(zhì)的已經(jīng)離開噴嘴開口的部分與配量物質(zhì)的仍舊存在 于噴嘴中的部分通過相對(duì)韌性的介質(zhì)"絲"連接起來。而這種絲必須在輸出過程終止時(shí)正 好被切斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提出一種替代的、如何有效地關(guān)閉或打開開頭所述類型的計(jì)量 閥的技術(shù)方案。特別有利的是，該替代方案能夠特別精細(xì)定義的切斷配量物質(zhì)的液流。在 此，特別關(guān)注點(diǎn)有利地在于對(duì)粘稠、主要是觸變和/或剪切稀釋的配量物質(zhì)進(jìn)行更有效、即 更精細(xì)的計(jì)量。
[0011] 本發(fā)明的目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求14所述的 計(jì)量方法來實(shí)現(xiàn)。
[0012] 為此，根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量閥具有執(zhí)行裝置，用于使排出口和優(yōu)選閥腔室的 至少包括排出口的部分或區(qū)域、甚至優(yōu)選整個(gè)閥腔室均在運(yùn)行中相對(duì)于閥腔室載體 (Ventilkammer-Lagerung)沿著推出方向和/或退回方向運(yùn)動(dòng)，從而在運(yùn)行中以至少一種 運(yùn)動(dòng)模式（或以至少一種預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式）在排出口沿著推出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)利用柱塞將配量 物質(zhì)通過排出口推出。即，將執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)并設(shè)置為，其直接和/或間接地使排出口運(yùn)動(dòng)。 正如下面還將要說明的那樣，可以將計(jì)量閥設(shè)計(jì)為或借助合適的控制裝置對(duì)計(jì)量閥實(shí)施控 制，以使計(jì)量閥能夠以不同的運(yùn)動(dòng)模式或運(yùn)行模式運(yùn)行。在此，至少在一種運(yùn)行模式下，柱 塞和排出口之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以在沿推出方向的每次運(yùn)動(dòng)中將被盡可能準(zhǔn)確地確定（計(jì) 量）數(shù)量的配量物質(zhì)盡可能快速地從排出口輸出。這種方法的優(yōu)點(diǎn)特別是在高精度的計(jì)量 閥中非常明顯，因?yàn)橹团懦隹谥g的快速相對(duì)運(yùn)動(dòng)正是在此所期望的。
[0013] 也就是說，本發(fā)明避免了只有關(guān)閉元件沿推出方向或退回方向的運(yùn)動(dòng)，而是完全 或至少部分地以排出口的運(yùn)動(dòng)、優(yōu)選至少以閥腔室的一部分或一個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)來代替關(guān)閉 元件的運(yùn)動(dòng)。在此，優(yōu)選閥腔室是利用閥腔室元件定義或構(gòu)成的中空空間，該中空空間在閥 腔室元件的內(nèi)部空間中延伸，并且該內(nèi)部空間定義了中空空間的尺寸及其布局（即，其位 置和/或方向）。在此將閥腔室元件看做是閥腔室的部件，或者說閥腔室和閥腔室元件的概 念在下面是作為同義詞使用的。在此背景下，閥腔室元件可以起到機(jī)械聯(lián)接元件的作用，其 傳遞由執(zhí)行裝置施加的力和運(yùn)動(dòng)，由此使得排出口沿推出方向或退回方向進(jìn)行所期望的運(yùn) 動(dòng)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，閥腔室的內(nèi)部尺寸（高度尺寸或容積）在執(zhí)行器運(yùn)行中將根 據(jù)運(yùn)動(dòng)方向而減小或增大。
[0014] 排出口被定義為圓柱形的或（例如呈圓錐形）逐漸變細(xì)的通道，其從計(jì)量閥的內(nèi) 部通向計(jì)量閥的外部。因此，排出口在一側(cè)受到計(jì)量閥或計(jì)量腔室的內(nèi)部的限制，在另一側(cè) 受到其外部環(huán)境的限制，并且沿周向受到噴嘴或孔口裝置（Blendenvorrichtung)的限制， 噴嘴或孔口裝置定義了排出口的通道，并可以被視為閥腔室的一部分。噴嘴或孔口裝置的 朝向排出口通道的表面仍然被定義為屬于排出口，由此可以通過噴嘴或孔口裝置的位置或 運(yùn)動(dòng)來獲知排出口的位置和運(yùn)動(dòng)。
[0015] 如同現(xiàn)有技術(shù)中一樣，關(guān)閉元件和排出口也是以相對(duì)運(yùn)動(dòng)彼此靠近或離開地運(yùn) 動(dòng)，但是這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在至少不再是只通過關(guān)閉元件來完成，而是至少局部地或完全由 排出口來執(zhí)行。
[0016] 首先，通過排出口借助于執(zhí)行裝置的運(yùn)動(dòng)，也能產(chǎn)生與前述現(xiàn)有技術(shù)相同的效果， 即關(guān)閉元件和排出口相對(duì)于彼此的位置變化。即，可以由此在關(guān)閉的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)計(jì)量閥的 打開和關(guān)閉運(yùn)動(dòng)，在此，關(guān)閉運(yùn)動(dòng)是沿推出方向的運(yùn)動(dòng)，即，計(jì)量柱塞被向外推出并最終關(guān) 閉閥門。在此，本發(fā)明可以有利地促使計(jì)量閥的關(guān)閉作用更加有效。在此，即使在開放系統(tǒng) 中也可以通過對(duì)推出運(yùn)動(dòng)和退回運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確定義來實(shí)現(xiàn)對(duì)配量物質(zhì)的可能流量的節(jié)流或 增大。
[0017] 在第一種情況下，排出口沿朝向關(guān)閉元件的方向的運(yùn)動(dòng)與配量物質(zhì)的流動(dòng)方向相 反地作用，在此，配量物質(zhì)被從計(jì)量閥內(nèi)部的方向向外輸送，即從關(guān)閉元件離開，或者說通 過關(guān)閉元件或至少在其幫助下通過排出口向外輸送。通過這種有針對(duì)性的反向運(yùn)動(dòng)可以使 配量物質(zhì)在端部被突然切斷。也就是說，本發(fā)明可以應(yīng)用在下述情況下：配量物質(zhì)的流束沿 預(yù)先定義的流動(dòng)方向從排出口流出?，F(xiàn)在，通過排出口或通過閥腔室或其構(gòu)成排出口的部 分執(zhí)行與該流動(dòng)相反的反向運(yùn)動(dòng)，這導(dǎo)致配量物質(zhì)流束突然、立即地中斷，并因此實(shí)現(xiàn)了對(duì) 流束的定義清晰的切斷。特別是對(duì)于剪切稀釋或觸變的配量物質(zhì)，通過這種突然的切斷或 通過排出口的這種與流動(dòng)方向相反的、有針對(duì)性的反向運(yùn)動(dòng)，可以比現(xiàn)有技術(shù)更加定義清 晰地中斷配量物質(zhì)的材料流。
[0018] 在實(shí)踐中，對(duì)"關(guān)閉機(jī)構(gòu)"的理解也可以與開放系統(tǒng)中的相似，只是在這里，配量物 質(zhì)的流動(dòng)不是通過完全關(guān)閉排出口來切斷，而是根據(jù)配量物質(zhì)的粘度通過減小通道間隙來 阻止配量物質(zhì)的進(jìn)一步離開，或者使材料流被相應(yīng)地節(jié)流。
[0019] 重點(diǎn)在于，在該框架下特別是可以針對(duì)兩種類型的配量物質(zhì)（即介質(zhì)或計(jì)量介 質(zhì)）實(shí)現(xiàn)特別有效的精細(xì)計(jì)量：在此，一方面是焊膏或?qū)щ娬辰觿赐ǔＬ畛溆熊涱w粒的 介質(zhì)。另一方面是填充有非常硬的、也就是起到研磨作用的顆粒的、基于硅或環(huán)氧化物的粘 接劑，其可以例如用于導(dǎo)熱、電絕緣或?qū)獾墓鈱W(xué)影響。目前，對(duì)這些配量物質(zhì)的計(jì)量是非 常困難的，然而借助于根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量閥可以獲得最好的、即非常精細(xì)準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。 雖然與現(xiàn)有技術(shù)相比，在根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量閥中必須有更多的元件或更大的區(qū)域在運(yùn)動(dòng)， 但是通過這種計(jì)量閥可以實(shí)現(xiàn)驚人的效果提升。
[0020] 優(yōu)選閥腔室具有噴嘴，該噴嘴具有排出口。在此，特別優(yōu)選將關(guān)閉元件設(shè)置在閥腔 室中，以使排出口（特別是閥腔室）在沿著推出方向運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠運(yùn)動(dòng)至關(guān)閉元件上，在此， 通過關(guān)閉元件將配量物質(zhì)從噴嘴向外推出，并且排出口在沿著退回方向運(yùn)動(dòng)時(shí)從關(guān)閉元件 運(yùn)動(dòng)離開。排出口可以在沿著退回方向運(yùn)動(dòng)時(shí)如前所述地運(yùn)動(dòng)至關(guān)閉元件，然后在沿該方 向的運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)通過關(guān)閉元件自動(dòng)地完全關(guān)閉排出口，或使關(guān)閉元件和排出口之間的間隙 非常小，以使粘稠狀的配量物質(zhì)無法繼續(xù)通過。
[0021] 執(zhí)行裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器。優(yōu)選該一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器與閥腔室或閥腔 室的構(gòu)成排出口的部分以及閥腔室載體相聯(lián)接。
[0022] 閥腔室載體可以例如是閥殼體，即基本上封閉的容器，但是閥腔室載體也可以只 包括框架，閥腔室和執(zhí)行裝置設(shè)置在該框架的內(nèi)部。
[0023] 將關(guān)閉元件定義為一體化的或由多部分組成的元件，其優(yōu)選具有長形的形狀，例 如圓柱形的形狀，例如柱塞，并且例如使用硅來制造。但也可以是圓形的或卵形的關(guān)閉元 件，其可運(yùn)動(dòng)地或固定地設(shè)置或安裝在關(guān)閉通道中。關(guān)閉元件可以設(shè)置在關(guān)閉通道中，該關(guān) 閉通道是一中空體，優(yōu)選為圓柱形的中空體，其在內(nèi)部定義、即圍成一中空空間，關(guān)閉元件 至少局部地設(shè)置在該中空空間的內(nèi)部，以便關(guān)閉元件關(guān)閉中空空間。
[0024] 關(guān)于本發(fā)明應(yīng)該注意的是：這種關(guān)閉作用也可能是復(fù)雜的，而且并非必須通過關(guān) 閉元件來完全地密封中空空間而產(chǎn)生：根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量閥也可以是開放的系統(tǒng)，這特別 對(duì)于前述的對(duì)剪切稀釋或觸變的配量物質(zhì)的計(jì)量是明顯有利的。
[0025] 在這樣的開放系統(tǒng)中，關(guān)閉元件和排出口或幾乎構(gòu)成排出口在閥腔室中的延長部 并在該情況下與排出口一起運(yùn)動(dòng)的關(guān)閉通道之間的協(xié)同作用的焦點(diǎn)在于：在關(guān)閉元件和排 出口或關(guān)閉通道之間應(yīng)該至少局部地設(shè)定足夠大的通道間隙，以使配量物質(zhì)能夠通過該通 道間隙。該通道間隙構(gòu)成了用于配量物質(zhì)的通過通道。配量物質(zhì)可以在充分運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 下流動(dòng)穿過該通過通道。相反，在不運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下或在配量物質(zhì)的粘度僅略微下降的運(yùn)動(dòng) 模式或運(yùn)動(dòng)方式下，配量物質(zhì)將有利地保留在由通道間隙構(gòu)成的通過通道中而不再繼續(xù)流 動(dòng)。