Die Erfindung betrifft ein Membranventil zur Dosierung eines fließfähigen Produkts, wobei das Membranventil einen Eingang für das Produkt, einen Ausgang für das Produkt sowie ein Ventilkanal umfasst, der sich zwischen dem Eingang mit dem Ausgang erstreckt. Des Weiteren umfasst das Membranventil eine Dosierungsmembran, die in einer Schließstellung den Ventilkanal schließt, so dass Eingang und Ausgang voneinander getrennt sind.

Ein derartiges Membranventil ist aus dem Stand der Technik bekannt. Über eine Steuerung mit Steuerluft lässt sich die Membran aus der Schließstellung in eine geöffnete Stellung überführen, um ein Dosierzyklus zu starten, bei dem das Produkt von dem Eingang zu dem Ausgang fließen und dort austreten kann. Während in der Schließstellung die Membran an einer feststehenden Schließkante oder Schließfläche anliegt und somit das Ventil schließt, ist bei geöffneter Stellung ein Spalt zwischen Dosierungsmembran und Schließkante/Schließfläche gegeben, durch den das Produkt dann fließen kann. Über die Spaltweite bzw. den maximalen Hub der Dosierungsmembran (Ventilhub) lässt sich der Volumenstrom des Produkts einstellen.

Ein großer Vorteil des Membranventils besteht darin, dass die Membran für eine besonders zuverlässige Abdichtung zwischen dem mit dem Produkt gefüllten Ventilkanal und der Steuerung bzw. der Umgebung sorgt. Dies führt zu sehr langen Standzeiten ohne jegliche Leckage. Ein bekanntes Einsatzgebiet für ein solches Membranventil ist die Dosierung von UV-aushärtenden Klebstoffen oder von Cyanacrylat-Klebstoffen.

Ein Nachteil besteht darin, dass beim Öffnen der Dosierungsmembran (Übergang von der

Schließstellung in die geöffnete Stellung) eine Volumenänderung im Ventilkanal stattfindet. Durch das Öffnen wird das Volumen des Ventilkanals vergrößert, wodurch der Beginn der Produktabgabe verzögert wird. Eine ähnliche Problematik ergibt sich beim Schließen der Dosierungsmembran. Durch das Schließen der Dosierungsmembran wird das Volumen des Ventilkanals verkleinert, wodurch ebenfalls das Ende der Produktabgabe verzögert wird bzw. durch einen gewissen Druckanstieg gekennzeichnet ist. Bei der Applizierung einer Klebstoffraupe kann dieses Verhalten dazu führen, dass der Startpunkt für die Klebstoff raupe nicht exakt getroffen wird und dass die Klebstoff raube am Ende eine größere Raupenbreite hinsichtlich der Breite am Beginn der Klebstoffraupe aufweist.

Um die Volumenänderung zu reduzieren, kann der Ventilhub reduziert werden. Dadurch wird die Nennweite des Ventils klein, was einen hohen Druckverlust zur Folge hat. Das Dosieren hochviskoser Flüssigkeiten ist dadurch stark eingeschränkt. Zudem ist ein höherer Flüssigkeitsdruck notwendig.

Eine andere Möglichkeit, die Dosierungs- oder Abgabequalität zu erhöhen, besteht in der

Verringerung der Öffnungs- und der Schließgeschwindigkeit des Membranventils mittels

Druckluftdrosseln für die Steuerluft. Dadurch wird aber das Einstellen des Membranventils komplizierter und dessen Schaltverhalten weniger wiederholgenau.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Membranventil bereit zu stellen, das eine genaue Dosierung des Produkts ermöglicht und sich einfach handhaben lässt. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination gemäß

Anspruch 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Das erfindungsgemäße Membranventil zeichnet sich dadurch aus, dass Kompensationsmittel vorgesehen sind, die eine auf das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende

Volumenänderung des Ventilkanals wenigstens zum Teil kompensieren. Ist beispielsweise das Öffnen der Dosierungsmembran mit einer Volumenvergrößerung des Ventilkanals verbunden, sorgen die Kompensationsmittel dafür, dass beim Öffnen der Dosierungsmembran gleichzeitig eine

Volumenreduzierung des Ventilkanals stattfindet, wobei bei einer Vollkompensation die

Volumenvergrößerung betraglich der Volumenreduzierung entspricht. Mit anderen Worten sorgen die Kompensationsmittel bei einer Vollkompensation dafür, dass sich das Volumen des Ventilkanals beim Öffnen der Dosierungsmembran nicht ändert. Aufgrund des konstanten Volumens beim Öffnen der Dosierungsmembran lässt sich der Anfang und das Ende der Produktabgabe bzw. der

Produktdosierung genauer einstellen. Bezogen auf die oben angesprochene Klebstoffraupe kann deren Startpunkt somit exakt eingehalten werden. Auch kann eine unerwünschte Vergrößerung der Raubenbreite am Ende der Klebstoffraupe vermieden werden. Entsprechend kann natürlich auch eine unerwünschte Verringerung der Raupenbreite am Anfang der Klebstoffraupe vermieden werden.

In einem Ausführungsbeispiel sind die Kompensationsmittel so ausgelegt, dass die auf das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende Volumenänderung überkompensiert wird. Eine

Überkompensation führt dazu, dass das Volumen des Ventilkanals in Summe reduziert wird, wenn das Dosierungsmembran öffnet und sich bedingt durch das Öffnen der Dosierungsmembran eine Volumenvergrößerung im Ventilkanal ergibt. Jedoch ist die auf die Kompensationsmittel

zurückzuführende Volumenreduzierung betraglich größer, sodass in Summe das Volumen des Ventilkanals beim Öffnen der Dosierungsmembran reduziert wird.

Eine Überkompensation führt zu einer gewissen Druckerhöhung am Beginn der Produktabgabe. Diese Druckerhöhung hat sich bei hochviskosen Flüssigkeiten als besonders vorteilhaft erwiesen. Hierdurch lassen sich Scherkräfte innerhalb der Flüssigkeit besser überwinden, was zu einem exakteren Beginn des Fließens führt. Am Ende der Produkta bgabe, wenn die Dosierungsmembran schließt und bedingt durch die Überkompensation das Volumen des Ventilkanals in Summe erhöht wird, kann der Abriss des Produkts am Ausgang genauer eingestellt werden (Cut-off).

Beträgt beispielsweise die durch das Öffnen der Dosierungsmembran zurückzuführende

Volumenänderung des Ventilkanals 100 %, so kann die auf die Kompensationsmittel

zurückzuführende Volumenänderung bei besagter Überkompensation betraglich Werte von 100 bis 150 %, bevorzugt 110 bis 130 % annehmen. Bei einer Teilkompensation kann die auf die

Kompensationsmittel zurückzuführende Volumenänderung 50 bis 100 %, bevorzugt 60 bis 80 % betragen.

Die durch das Öffnen bedingte Volumenänderung des Ventilkanals kann Werte zwischen 1,25 mm ³ und 15 mm ³ , bevorzugt zwischen 3,75 und 12 mm ³ annehmen.

Die Kompensationsmittel können eine Kompensationsmembran umfassen. In einem

Ausführungsbeispiel ist diese im Wesentlichen baugleich zu der Dosierungsmembran. Die Verwendung baugleicher Membrane für die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen Membranventils.

Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können jeweils eine kreisrunde

Membranfläche aufweisen. Vorzugsweise sind Dosierungsmembran und Kompensationsmembran jeweils um eine Mittelachse rotations-symmetrisch aufgebaut. Der Rotationssymmetrie sollen Bohrungen oder Öffnungen in der Membran nicht entgegenstehen, die für Befestigungsmittel wie Schrauben oder dergleichen vorgesehen sind, um die Membran an anderen Bauteilen des

Membranventils zu befestigen.

In einem Ausführungsbeispiel stehen sich die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran gegenüber. Soweit Dosierungsmembran und Kompensationsmembran jeweils eine kreisrunde Membranfläche aufweisen und im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut sind, können dabei die Mittelachse von der Dosierungsmembran und die Mittelachse der Kompensationsmembran koaxial angeordnet sein. Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können dabei zu einer Mittelebene, die einen jeweils gleichen Abstand zu der Dosierungsmembran und der

Kompensationsmembran aufweist und sich senkrecht zu den koaxial angeordneten Mittelachsen der Membrane erstreckt, spiegelsymmetrisch angeordnet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Membrane mit gleicher Ausrichtung hintereinander anzuordnen.

Die Dosierungsmembran und die Kompensationsmembran können durch Verbindungsmittel vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden sein. Die Verbindungsmittel sind dabei so ausgelegt, dass eine Bewegung der Dosierungsmembran auf die Kompensationsmembran verzögerungsfrei übertragen wird. Bewegt sich beispielsweise ein mittlerer Punkt der

Dosierungsmembran bei dem Übergang von der Schließstellung in die geöffnete Stellung um einen gewissen Betrag, so können die Verbindungsmittel dafür sorgen, dass sich ein mittlerer Punkt der Kompensationsmembran ebenfalls um diesen Betrag bewegt. Die Bewegung der

Dosierungsmembran bzw. die Bewegung der Kompensationsmembran bezieht sich somit auf die Bewegung eines bestimmten Punktes der Membran oder eines bestimmten Bereiches der Membran. Es ist auch denkbar, dass die Verbindungsmittel beispielsweise über eine Hebelkonstruktion bei gegebener Bewegung der Dosierungsmembran verzögerungsfrei die Bewegung der

Kompensationsmembran verstärken bzw. abschwächen. Bevorzugt ist jedoch eine Übertragung der Bewegung der Dosierungsmembran auf die Kompensationsmembran ohne Verstärkung- oder Abschwächungsfaktor.

In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Verbindungsmittel eine Verbindungsstange, die sich von der Dosierungsmembran zur Kompensationsmembran erstreckt. Die Verbindungsstange ist dabei mit einem ersten Ende mit der Dosierungsmembran und mit einem zweiten Ende mit der

Kompensationsmembran verbunden. Eine einfache Anlage eines der Enden der Verbindungsstange an einer der Membrane kann beispielsweise eine solche Verbindung darstellen.

Die Verbindungsmittel können Druckmittel umfassen, durch die die Kompensationsmembran (bzw. Teile davon) in Richtung der Dosierungsmembran gedrückt wird. Die Verbindungsstange zwischen Dosierungsmembran und Kompensationsmembran fungiert dabei als Druckstange, die die

Dosierungsmembran auf konstanten Abstand hält zur Kompensationsmembran. Die Druckmittel sorgen dafür, dass die als Druckstange fungierende Verbindungsstange immer an der

Dosierungsmembran bzw. an der Kompensationsmembran anliegt. Die Druckmittel können eine Schraubenfeder aufweisen, die den erforderlichen Druck auf die Dosierungsmembran ausübt. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Druckmittel eine Druckkammer, die mit Druckluft beaufschlagt werden kann, wobei die Dosierungsmembran die Druckkammer begrenzt. Der in der Druckkammer herrschende Druck sorgt dafür, dass die

Dosierungsmembran in Richtung der Kompensationsmembran gespannt ist und sich an der Verbindungsstange a bstützt, die sich wiederum an der Dosierungsmembran abstützt.

Die Dosierungsmembran kann mit einer Kolbenstange eines Steuerkolbens verbunden sein. Der Steuerkolben ist bewegbar gelagert und lässt sich vorzugsweise durch pneumatischen Druck (Steuerluft) bewegen. Wird durch die Steuerluft Steuerkolben von einer Ruhestellung in eine Endposition gedrückt, so ändert sich auch die Position des Punkts bzw. des Bereichs der

Dosierungsmembran, der mit der Kolbenstange verbunden ist. Eine Bewegung des Steuerkolbens führt somit zu einer verzögerungsfreien Bewegung der Dosierungsmembran bzw. des

entsprechenden Verbindungspunktes oder des entsprechenden Verbindungsbereiches.

Die Kolbenstange und die die beiden Membrane verbindende Verbindungsstange können auf einer gemeinsamen Achse liegen. Eine axiale Bewegung des Steuerkolbens in eine Richtung kann somit zu einer Bewegung der Dosierungsmembran und zu einer Bewegung der Kompensationsmembran in jeweils die gleiche Richtung führen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Membranventils;

Figur 2 eine Seitenansicht des Membranventils der Figur 1; und

Figur 3 eine perspektivische Schnittansicht des Membranventils der Figur 1.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Membranventil in verschiedenen Ansichten. Das Membranventil ist in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Das Membranventil umfasst ein

Hauptgehäuse 10, in dem ein Ventilkanal 11 eingeformt ist. An einem Eingang 12 ist ein

Anschlussstück 13 vorgesehen, an den sich ein hier nicht dargestellter Druckschlauch anschließen kann. Über den Druckschlauch und das Anschlussstück 13 lässt sich ein fließfähiges Produkt in das Membranventil 1 einleiten (siehe Pfeil 2).

An einem Ausgang 14 ist ein weiteres Anschlussstück 15 vorgesehen, dass zur Aufnahme eines Luer- Lock-Adapters 16 dient. Der Adapter 16 ist mit einer Dosiernadel 17 zur Abgabe des Produkts ausgestattet ist. Entsprechend tritt aus der Dosiernadel 17 das Produkt (siehe Pfeil 3).

Der Ventilkanal 11 lässt sich durch eine Dosierungsmembran 20 öffnen und schließen. Die

Dosierungsmembran 20 ist an einer ersten Seite des Hauptgehäuses 10 angeordnet, die in der Darstellung der Figur 1 der rechten Seite entspricht. An der gegenüberliegenden Seite bzw. der linken Seite des Hauptgehäuses 10 ist eine Kompensationsmembran 30 vorgesehen. Die

Kompensationsmembran 30 begrenzt den Ventilkanal 11. Sie ist jedoch nicht imstande, den Ventilkanal 11 zu schließen, also einen Durchfluss des Produkts durch den Ventilkanal zu stoppen. Die Dosierungsmembran 20 ist zwischen dem Hauptgehäuse 10 und einem Steuergehäuse 40 angeordnet, in dem ein Steuerkolben 41 entlang einer Achse 4 verschiebbar angeordnet ist. Über eine Kolbenstange 42 ist der Kolben 41 mit einem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 verbunden. Über ein Anschlussstück 43 lässt sich ein Druckschlauch (nicht dargestellt) an dem Steuergehäuse 40 anschließen, sodass eine Druckkammer 44 mit Steuerluft beaufschlagt werden kann. Die Zufuhr der Steuerluft ist durch einen Pfeil 5 gekennzeichnet.

Bei Druckbeaufschlagung wird der Steuerkolben 41 von der in Figur 1 dargestellten Schließstellung nach rechts bewegt, bis er an einem Drehknopf 45 zur Anlage kommt. Die axiale Position des Drehknopfes 45 bezogen auf das Steuergehäuse 40 kann durch Schrauben des Drehknopfes genau eingestellt werden. Durch den Drehknopf 45 lässt sich somit die maximale Auslenkung des

Steuerkolbens 41 festlegen. Da der Steuerkolben 41 über die Kolbenstange 42 mit dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 verbunden ist, legt die axiale Position des Drehknopfs 45 auch die maximale Auslenkung oder den maximalen Hub des mittleren Bereichs 21 der

Dosiermembran fest.

In der in Figur 1 dargestellten Stellung der Dosierungsmembran 20 liegt der mittlere Bereich 21 an einer kegelförmigen Schließfläche IIa des Ventilkanals 11 an. Der mittlere Bereich 21 trennt somit fluidtechnisch den Eingang 12 von dem Ausgang 14.

Wird nun der Steuerkolben 41 mit Steuerluft (Pfeil 5) beaufschlagt, verlässt die Dosierungsmembran 20 die Schließstellung und es entsteht ein Spalt zwischen dem mittleren Bereich 21 und der Schließfläche IIa. Die dabei sich ergebende maximale Spaltweite ist dabei proportional zum maximalen Hub des mittleren Bereichs 21 bzw. des Steuerkolbens 41. Durch den Spalt kann das Produkt von dem Eingang 12 zu dem Ausgang 14 fließen und letztlich über die Dosiernadel 17 abgegeben werden.

An einer dem Hauptgehäuse 10 abgewandten Seite der Kompensationsmembran 30 ist ein

Druckgehäuse 50 angeordnet, die eine Druckkammer 51 ausbildet. Über ein Anschlussstück 52 lässt sich Druckluft (siehe Pfeil 6) in die Druckkammer 51 einleiten. Auf den Zweck der

Druckbeaufschlagung der Kompensationsmembran 30 wird später eingegangen.

Zwischen der Kompensationsmembran 30 und der Dosierungsmembran 20 erstreckt sich eine Verbindungsstange 60. An einem Ende ist die Verbindungsstange 60 mit dem mittleren Bereich 21 der Dosierungskammer 20 verbunden. An einem anderen Ende ist die Verbindungsstange 60 mit einem mittleren Bereich 31 der Kompensationsmembran 30 verbunden. Dazu weist die

Verbindungsstange 60 ein Außengewinde auf, das sich mit dem mittleren Bereich 31 verschraubt ist. Über einen Schaubkopf 61 lässt sich das für das Verschrauben notwendige Drehmoment in die Verbindungsstange 60 einleiten. Vorliegende Verbindungsstange kann in einfacher Weise auf Basis einer handelsüblichen Gewindeschraube hergestellt werden. Dazu muss das Gewinde der

Gewindeschraube lediglich am freien Ende des Gewindeschafts a bgedreht werden.

Das dem Schraubenkopf 61 abgewandte Ende der Verbindungsstange 60 liegt lediglich an dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 an. Die Druckluft 6 in der Druckkammer 51 sorgt dafür, dass diese Anlage auch gegeben ist, wenn über den Steuerkolben 41 der mittlere Bereich 21 nach rechts ausgelenkt wird. Die bloße Anlage der Verbindungsstange 60 an dem mittleren Bereich 21 macht eine einfache Montage und Demontage des Membranventils 1 möglich.

Um die Abgabe des Produkts zu starten, wird der Steuerkolben 41 mit Steuerluft 5 beaufschlagt. Der mittlere Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 und somit auch der mittlere Bereich 31 der Kompensationsmembran 30 werden nach rechts bewegt. Dabei entsteht nicht nur ein Spalt zwischen der Schließfläche IIa und dem mittleren Bereich 21, sondern es kommt auch zu einer gewissen Volumenvergrößerung des Ventilkanals 11. Eine gleichzeitige Volumenreduzierung entsteht durch die Verschiebung des mittleren Bereichs 31 der Kompensationsmembran 30. Im vorliegenden Fall, in dem die Dosierungsmembran 20 und die Kompensationsmembran 30 baugleich ausgebildet sind und sich gegenüberstehen, heben sich die durch die Auslenkung des mittleren Bereichs 21

hervorgerufene Volumenvergrößerung und die durch die Auslenkung des mittleren Bereich 31 hervorgerufene Volumenreduzierung des Ventilkanals 11 auf, sodass in Summe das Volumen unabhängig von der Stellung des Steuerkolbens 41 gleich bleibt. Somit können die oben

beschriebenen Effekte, die bei einem Membranventil ohne Kompensationsmembran auftreten können (verzögerter Startpunkt der Abgabe, Erhöhung und/oder verzögertes Ende der

Produktabgabe) vermieden werden.

Bei Abgabe fließt das Produkt (zum Beispiel ein nieder- bis mittelviskoser UV-aushärtender Klebstoff oder ein nieder- bis mittelviskoser Cyanacrylat-Klebstoff) gemäß dem Pfeil 2 durch das

Anschlussstück 13 und den Eingang 12 bei der hier gezeigten besonderen Ausführung des

Ventilkanals in ein erstes rohförmiges Teilstück IIb. Dem Teilabschnitt IIb folgt ein in kegelförmiges Teilstück 11c, das durch die Dosierungsmembran 20 begrenzt wird und in dem sich der mittlere Bereich 21 befindet. Bei geöffnetem Membranventil 1 folgt in Durchflussrichtung gesehen der Spalt zwischen dem mittleren Bereich 21 der Dosierungsmembran 20 und der Schließfläche IIa. Das durch den Ventilkanal 11 strömende Produkt gelangt danach in einen Teilabschnitt lld, der parallel zur Achse 4 verläuft, zunächst zylindrisch geformt ist und sich dann in Richtung der

Kompensationsmembran 30 kegelförmig ausweitet. Von dort gelangt das Produkt über ein rohrförmiges Teilstück lle, welches im Wesentlichen parallel zum Teilstück IIb verläuft, zum Ausgang 14.

Das Steuergehäuse 40 weist eine Bohrung 46 auf, durch die das Produkt im Falle einer Beschädigung der Dosierungsmembran 20 entweichen kann und welche einen Druckausgleich der Rückseite der Dosiermembran 20 ermöglichen kann. Im Steuergehäuse 40 gegenüberliegend ist eine weitere Bohrung 47 vorgesehen, die mit einem Gewinde versehen ist und zur Befestigung des

Membranventils 1 dient. Mittels Schrauben 70 (siehe Figuren 2 und 3), die sich parallel zur Achse 4 erstrecken, lässt sich das Druckgehäuse 50 unter Zwischenschaltung der Membrane 20, 30 und dem Hauptgehäuse 10 mit dem Steuergehäuse 40 verspannen.

Bei geschlossenem Membranventil 1 (Schließstellung der Dosierungsmembran 20) kann ein Spalt 48 zwischen Steuerkolben 41 und Drehknopf Werte von 0,05 bis 0,6 mm, vorzugsweise 0,15 bis 0,5 mm annehmen. Der Spalt entspricht dabei dem maximalen Ventilhub. Der Produktdruck kann Werte zwischen 0,1 und 7 bar annehmen und beträgt bevorzugt 0,2 bis 4 bar. Bezugszeichenliste

1 Membranventil

2 Pfeil (Produkt)

3 Pfeil (Produkt)

4 Achse

5 Pfeil (Steuerluft)

6 Pfeil (Druckluft)

10 Hauptgehäuse

11 Ventilkanal (IIa bis lle Teile des Ventilkanals)

12 Eingang

13 Anschlussstück

14 Ausgang

15 Anschlussstück

16 Luer-Lock-Adapter

17 Dosiernadel

20 Dosierungsmembran

21 mittlerer Bereich

30 Kompensationsmembran

31 mittlerer Bereich

40 Steuergehäuse

41 Steuerkolben

42 Kolbenstange

43 Anschlussstück

44 Druckraum

45 Drehknopf

46 Bohrung

47 Bohrung

48 Spalt

50 Druckgehäuse

51 Druckkammer

52 Anschlussstück

60 Verbindungsstange

61 Schraubkopf