AT392360B - Ventil - Google Patents

Description

AT 392 360 B

Die Eifindung bezieht sich auf ein Ventil mit einem Ventilsitz und einem antreibbaren Ventilkörper, aus einer elastisch verformbaren Membran, insbesondere zur Steuerung eines Probenkanals einer Meßzelle für die Analyse ναι flüssigen oder gasförmigen Probenmaterialien.

Meßzellen mit elektrochemischen oder optischen Sensoren sind häufig in einer Haltevorrichtung integriert, S die auch meist noch andere Funktionen, wie z. B. Thermostatisierung, mechanische Fixierung der Meßzellen, Festlegung der Lage der Sensoren in Bezug auf die Meßzelle, erfüllt. Weiters sind in diesen Hahevonichtungen Ventile zur Steuerung der den Meßzellen zugeordneten Kanäle angeordnet Diese Ventile weisen eine übliche Bauart mit einem in einem Gehäuse angeordneten Ventilsitz und einen damit in Schließstellung zusammenwirkenden Ventilkörper auf, der in üblicher Weise antreibbar ist. 10 Die genannten Ventile sind im wesentlichen dafür vorgesehen, die eingegebenen Proben in einer bestimmten Phase des Analysenvorganges in eine vorgegebene Richtung zu lenken. Dabei erfolgt die Eingabe von Proben in die Meßzelle entweder von einem offenen Probenbehälter aus durch Einsaugen mittels einer Säugpumpe, wobei da entsprechende Kanal mittels eines Ventils gesteuert ist, oder durch Einpressen der Probe aus einem geschlossenen Probenbehälter, z. B. einer Kolbenspritze. IS Im ersteren Falle läßt sich die Beschickung der Meßzelle sehr präzise automatisch steuern, wobei auch die Menge der eingegebenen Probe gemessen werden kann. Im letzteren Falle erfolgt die Eingabe von Hand aus, wobei die Geschwindigkeit der Probeneingabe und die Eingabemenge subjektiv vom jeweiligen Benutzer abhängt. Dadurch können aber z. B. bei der Analyse von Körperflüssigkeiten, insbesondere bei Blutgasanalysen, Probleme auftreten. In solchen Fällen ist es daher erforderlich, die Probe z. B. mittels einer Kolbenspritze in einen 20 Vorratsraum einzubringen und aus diesem in die eigentliche Meßzelle einzusaugen. In jedem der genannten Fälle ergibt sich ein beträchtlicher Konstraktionsaufwand für die notwendigen Ventile.

Ein Ventil der eingangs genannten Art bzw. eine von Hand einstellbare Vorrichtung zur Steuerung der Zufuhr einer intravenös zu verabreichenden Flüssigkeit ist aus der DE-OS 31 12 533 bekannt, bei welcher die zu steuernde Flüssigkeit über eine rechtwinklig vom zuführenden Flüssigkeitskanal abzweigenden Bohrung in einen 25 Ringraum geführt wird. Dieser Ringraum weist eine zentrisch angeordnete kreisringförmige Erhebung auf, in deren Mitte eine mit dem abführenden Flüssigkeitskanal verbundene Bohrung angeordnet ist Zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes wird der Ringraum von einer elastischen Membran überspannt, welche mittels eines Kolbens gegen die Erhebung gedrückt werden kann. Nachteilig bä dieser Anordnung ist der komplizierte Aufbau, sowie die unzureichende Reinigungsmöglichkeit des Dichtungsbeieiches. Da der Probenkanal einer Meßzelle in kurzen 30 Abständen mit den unterschiedlichsten Proben-, Reinigungs- und Referenzmedien beschickt wird, sind Konstruktionen entsprechend der DE-OS 31 12 533 mit einem großen Schadvolumen bzw. Totraum, wie der genannte Ringraum und der Raum innerhalb der kreisringförmigen Erhebung, sowie mehrfach abgewinkelten Leitungen nach dem Durchgang unterschiedlicher Medien nur unzureichend zu reinigen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Ventil der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch einen sehr 35 einfachen Aufbau auszeichnet, im wesentlichen frei von Toträumen ist und sich auf einfache Weise reinigen läßt

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die elastisch verformbare Membran eine Öffnung in der Wandung des zu steuernden Probenkanals abdichtet und in Schließstellung mittels eines antreibbaren Kolbens durch die Öffnung in den Probehkanal einschiebbar ist, wobei deren Wandung den Ventilsitz bildet Auf diese Weise erübrigt sich die Herstellung eines separaten Ventilsitzes, wodurch sich der Aufbau eines solchen Ventiles 40 wesentlich vereinfacht Die Ausbildung des Ventilkörpers als eine elastisch verformbare Membran gewährleistet ein sehr hohes Maß an Dichtheit und eignet sich hervorragend zur Steuerung von - auch als Kapillare ausgebildeten - Probenkanälen. Das Ventil läßt sich zudem leicht in einem einstückigen Block, welcher auch die Meßzellen enthält, integrieren. Der Abdichtbereich weist hier zudem keine Winkel und Toträume auf und ist somit durch eine Reinigungslösung problemlos zu reinigen. Beim Schließen des Ventils wird die Membran in 45 vorteilhafter Weise durch die Öffnung des Kanals direkt in den Probenkanal gedrückt, wobei da Andrückvorgang in Richtung zum Probenkanal von außen nach innen erfolgt, sodaß Schadräume praktisch vollständig vermieden werden.

Um eine weitgehende Schonung der Membran zu ermöglichen, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die von da Membrane durchsetzbare Öffnung in der Wandung des Probenkanals 50 trichterförmig ausgebildet ist und sich gegen den Probenkanal zu verjüngt Dadurch werden scharfe Richtungsänderungen im Verlauf der Membran, auch wenn sich diese in da Sperrstellung befindet, weitgehend vermieden, wodurch eine entsprechende Schonung der Membrane gewährleistet wird. hi weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehoi, daß die Membrane zylindasymmetrisch aufgebaut ist und einen elastisch verformbaren, gegen den Probenkanal gerichteten Ansatz aufweist, welcha vorzugsweise in 55 seiner äußeren Form da Ausbildung der Öffnung entspricht Durch diese Maßnahmen ergibt sich da Vorteil, daß sich der Ansatz nur relativ wenig verformen muß um den zu steuernden Kanal dicht verschließen zu können, wodurch sich die Lebensdaua eina solchen Membran erhöht Im unbelasteten Zustand gibt der Ansatz, bedingt durch die elastische Vorspannung da Membran, den Probenkanal frei.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform da Erfindung ist weiters vorgesehen, daß die Membran im Boeich 60 eines umlaufenden Dichtringes an einem ggf. auswechselbaren Membranhalter befestigt ist, welcher die Membran in dem die Öffnung umgebenden Bereich dichtend an die Wandung des Probenkanals anpreßt. Die Membran kann dabei sowohl lösbar als auch unlösbar, beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen, mit dem Membranhalter -2-

AT 392 360 B verbunden sein. Der Dichtring ist im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet und umschließt den Ventilsitz.

Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß die Dichtfläche der Membran einen ringförmigen Bund aufweisen, welcher in eine Ringnut des Membranhalters einrastet. Die Membran ist so auf einfache Weise vom Membranhalter lösbar, sodaß bei einer Fehlfunktion nur die Membran ausgewechselt werden muß.

Um die Elastizität der Membran zu erhöhen, kann weiters vorgesehen sein, daß der umlaufende Dichtring vom verformbaren Ansatz der Membran durch eine umlaufende, ringnutförmige Übergangszone getrennt ist

Ein weiterer Vorteil nach der Erfindung liegt darin, daß der Membranhalter mittels eines O-Ringes reibschlüssig mit einem Gehäuse verbunden und axial von einer den Ventilsitz konzentrisch umgebenden Aufnahme geführt ist Der Membranhalter wird dadurch vom Gehäuse, welches den Ventilantrieb enthält, über einen Ansatz gegen den Dichtring gepreßt und kann nach dem Ausbau des Ventils leicht von diesem abgezogen werden.

Um eine besonders weitgehende Schonung der Membran zu ermöglichen, kann weiters vorgesehen sein, daß die Membran von einem Kolben beaufschlagbar ist, der über eine Feder von einem mit einem Antrieb in Verbindung stehenden Antriebskolben beaufschlagbar ist, dessen Bewegung in Schließrichtung durch einen Anschlag begrenzt ist, sowie daß der Kolben von einer Öffnungsfeder im Sinne einer Freigabe des Kanalquerschnittes beaufschlagt ist Auf diese Weise ist sichergestellt daß die Kraft mit der die Membran in den zu steuernden Kanal eingedrückt werden kann allein von der Dimensionierung der beiden Federn abhängt, nicht aber von der vom Antrieb ausgeübten Kraft. Dies ist insbesondere bei pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Ventilen wesentlich, insbesondere wenn die entsprechenden Kraftquellen nicht genau geregelt sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiles, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventiles und Fig. 3 einen Schnitt durch eine Membran, die als Ventilkörper dient in vergrößertem Maßstab.

In beiden Ausführungsformen ist im rechten Winkel zum Probenkanal (1) das Ventil (2) angeordnet wobei die Wandung (1*) des Probenkanals (1) hier zweiteilig ausgebildet ist und in dem vom Ventil (2) abgekehrten Bereich aus einer transparenten Abdeckung besteht. Der Probenkanal (1) ist zur Gänze im Oberteil der Wandung (Γ) angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Wandung (1') einstückig auszuführen und den Probenkanal durch Bohren herzustellen. Im Bereich des Ventiles (2) weist die Wandung (1') des Probenkanals (1) eine Öffnung (3) auf, die von einer als Ventilkörper dienenden, elastisch verformbaren Membran (4) durchsetzbar ist wodurch die Wandung der Öffnung (3) einen Ventilsitz (3') bildet. Die Membran wird dabei in einem Membranhalter (5) lösbar oder unlösbar, z. B. durch Kleben oder Schweißen, gehalten.

Der Membranhalter (5) selbst wird von einer mit dem Oberteil der Wandung (1') des Kanals (1) einstückig ausgeführten Aufnahme (6) geführt und ist mit dem Gehäuse (7), welches den Ventilantrieb enthält verbunden, wobei die Verbindung durch eine einfache Reibverbindung mittels eines O-Ringes (8) gebildet ist Der Membranhalter (5) könnte natürlich auch durch ein Schraubgewinde, durch einen Schiebesitz oder auch durch eine Klemmvorrichtung am Gehäuse (7) befestigt sein. Die dargestellte Ausführungsform wird bevorzugt weil damit die Membran - nach einer Standzeit von ca. einer Million Lastspielen - leicht ausgewechselt werden kann. Das gesamte Ventil (2) wird dann aus dar Meßkammer entnommen, der Membranhalter (5) abgezogen und die Membran (4) ausgewechselt

Im Gehäuse (7) ist ein Kolben (9) verschiebbar geführt der mit einem stirnseitigen Ansatz eine Bohrung (28) des Membranhalters (5) durchsetzt und an der Membran (4) anliegt. Der Kolben (9) ist mit einer Dichtung (10) versehen und von einem über die Schlauchkupplung (11) zuführbaren Druckmedium beaufschlagbar.

Weiters ist noch eine den Kolben im Sinne einer Freigabe des Kanalquerschnittes beaufschlagende Öffnungsfeder (12) im Gehäuse (7) vorgesehen, welche sich an einer Schulter (30) des Kolbens (9) abstützt

An der Außenseite des Gehäuses (7) sind noch ein zur Positionsfixierung dienender Bund (13) und eine Aufnahme (14) für einen Federkeil (15) vorgesehen.

Die Membran (4) weist einen gegen den zu steuernden Probenkanal (1) zu vorspringenden, elastisch verformbaren Ansatz (16) auf, dessen Querschnitt im wesentlichen jenem des Ventilsitzes (3') entspricht Der Ansatz (16) ist von einer ringnutförmigen Übergangszone (17) umgeben, die ihrerseits an einen Dichtring (18) anschließt der an der Außenseite der Wandung (1') des Probenkanals (1) dicht anliegt. Damit wird ein Austritt ναι Probenmaterial sicher verhindert

Die Membran (4) ist im Bereich des Dichtringes (18) mit einem aufragenden Bund (19) versehen, da* in eine stirnseitige Ringnut (20) des Membranhalters (5) eingreift und in dieser gehalten ist

Wird nun der Kolben (9) von dem Druckmedium beaufschlagt, so drückt dieser entgegen der Kraft der öffnungsfeder (12) die Membran (4), bzw. deren Ansatz (16) durch die Öffnung (3) hindurch in den Kanal (1) ein. Dabei verformt sich der Ansatz (16) im Dichtsitz (3') elastisch und schließt den Probenkanal (1) dicht ab. Es ist zwecks Schonung der Membran (4) vorteilhaft, die Wandung der Öffnung (3) und jene des Probenkanals (1), die in diesem Bereich gleichzeitig den Ventilsitz (3') bilden, mit einer hohen Oberflächengüte herzustellen.

Wird der Kolben (9) nicht mehr vom Druckmedium beaufschlagt, so drückt die Öffnungsfeder (12) den Kolben (9) wieder nach oben und die Membran (4) kehrt wieder in ihre aus den Fig. 1 und 2 ersichtliche Ruhestellung zurück, aus der sie nur durch eine entsprechende Kraft ausgelenkt werden kann und in der der -3-

Claims (8)

1. AT 392 360 B Querschnitt des Probenkanals (1) freigegeben ist. Die Ausführangsform gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von jener gemäß der Fig. 1 lediglich dadurch, daß der die Membran (4) beaufschlagende Kolben (9') nicht direkt mit dem Antrieb, der im Falle der Ausführung gemäß der Fig. 1 durch eine Beaufschlagung des Kolbens (9) mit einem Druckmedium gegeben ist, zusammenwirkt, sondern über eine Feder (21), die in einer stimseitigen Ausnehmung (22) eines Antriebskolbens (23), welcher mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, angetrieben wird. Der Kolben (9') ist bei dieser Ausführungsform in einer Hülse (24) geführt, an der die Öffnungsfeder (12) angreift und die mit einer Schulter (25) den Kopf (26) des Kolbens (9*) abstützt und diesen in Öffnungsrichtung mitnimmt. Diese Hülse (24) bildet mit ihrem stirnseitigen Ansatz (27) gleichzeitig einen Anschlag zur Begrenzung des Weges des Antriebskolbens (23) in Schließrichtung des Ventiles, der mit seiner Stirnseite an der Hülse (24) anliegt Da bei Anliegen des Ansatzes (27) am Boden bzw. Anschlag (29) des Gehäuses (7) der Endpunkt der Bewegung des Antriebskolbens (23) erreicht ist kann der Kolben (9') nur mit einer der Kompression der Feder (21) entsprechenden Kraft auf die Membran (4) einwirken, wodurch diese geschont wird. Aus Fig. 3 sind deutlich die sich konzentrisch umgebenden Bereiche der Membran (4) zu sehen. Von innen sind das der kegelstumpfförmige Ansatz (16), die ringnutförmige Übergangszone (17) und der Dichtring (18) mit dem ringförmigen Bund (19), welcher von der Nut (20) des Membranhalters (5) gehalten wird. PATENTANSPRÜCHE 1. Ventil mit einem Ventilsitz und einem antreibbaren Ventilkörper, aus einer elastisch verformbaren Membran, insbesondere zur Steuerung eines Probenkanals ein«: Meßzelle für die Analyse von flüssigen oder gasförmigen Probenmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch verformbare Membran (4) eine Öffnung (3) in der Wandung (1') des zu steuernden Probenkanals (1) abdichtet und in Schließstellung mittels eines antreibbaren Kolbens (9, 9') durch die Öffnung (3) in den Probenkanal (1) einschiebbar ist, wobei deren Wandung den Ventilsitz (3') bildet
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Membran (4) durchsetzbare Öffnung (3) in der Wandung (1’) des Probenkanals (1) trichterförmig ausgebildet ist und sich gegen den Probenkanal (1) zu verjüngt
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) zylindersymmetrisch aufgebaut ist und einen elastisch verformbaren, gegen den Probenkanal (1) gerichteten Ansatz (16) aufweist, welcher vorzugsweise in sein» äußeren Form der Ausbildung der Öffnung (1) entspricht.
4. 4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) im Bereich eines umlaufenden Dichtringes (18) an einem ggf. auswechselbaren Membranhalter (5) befestigt ist welch» die Membran (4) in dem die Öffnung (3) umgebenden Bereich dichtend an die Wandung (1') des Probenkanals (1) anpreßt
5. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (18) der Membran (4) einen ringförmigen Bund (19) aufweist welch» in eine Ringnut (20) des Membranhalters (5) einrastet
6. 6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Dichtring (18) vom verformbaren Ansatz (16) der Membran (4) durch eine umlaufende, ringnutförmige Übergangszone (17) getrennt ist
7. 7. Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranhalter (5) mittels eines O-Ringes (8) reibschlüssig mit einem Gehäuse (7) verbunden und axial von ein» den Ventilsitz (3') konzentrisch umgebenden Aufnahme (6) geführt ist
8. 8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) von einem Kolben (9') beaufschlagbar ist der über eine Feder (21) von einem mit einem Antrieb in Verbindung stehenden Antriebskolben (23) beaufschlagbar ist dessen Bewegung in Schließrichtung durch einen Anschlag (29) begrenzt ist, sowie daß der Kolben (9') von einer öffnungsfeder (12) im Sinne einer Freigabe des Kanalquerschnittes beaufschlagt ist Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-