DE102021104849A1 - valve node - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Ventilknoten (1) mit einem Grundkörper (2), in dem eine erste Ventilkammer (10), eine zweite Ventilkammer (20) und eine dritte Ventilkammer (30) vorgesehen sind, wobei jede Ventilkammer (10, 20, 30) eine Mittelöffnung (11, 21, 31) und zwei Seitenöffnungen (12, 13, 22, 23, 32, 33) aufweist, wobei zwischen der Mittelöffnung (11, 21, 31) und jeder der Seitenöffnungen (12, 13, 22, 23, 32, 33) jeweils ein Trennsteg (14, 15, 24, 25, 34, 35) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelöffnung (11) der ersten Ventilkammer (10) mit einem ersten Zulauf (16) und einen ersten Ablauf (17) verbunden sind, wobei die beiden Seitenöffnungen (12, 13) der ersten Ventilkammer (10) über jeweils einen Verbindungskanal (18, 19) mit der Mittelöffnung (21, 31) der zweiten und der dritten Ventilkammer (20, 30) verbunden sind, und wobei eine der Seitenöffnungen (22, 32) der zweiten und der dritten Ventilkammer (20, 30) mit einem zweiten und einem dritten Zulauf (26, 36) verbunden sind und wobei die andere der Seitenöffnungen (23, 33) der zweiten und der dritten Ventilkammer (20, 30) mit einem zweiten und einem dritten Ablauf (27, 37) verbunden sind.The invention relates to a valve cluster (1) with a base body (2) in which a first valve chamber (10), a second valve chamber (20) and a third valve chamber (30) are provided, each valve chamber (10, 20, 30) a central opening (11, 21, 31) and two side openings (12, 13, 22, 23, 32, 33), wherein between the central opening (11, 21, 31) and each of the side openings (12, 13, 22, 23 , 32, 33) in each case a separating web (14, 15, 24, 25, 34, 35) is provided, characterized in that the central opening (11) of the first valve chamber (10) with a first inlet (16) and a first outlet (17), the two side openings (12, 13) of the first valve chamber (10) being connected to the central opening (21, 31) of the second and third valve chambers (20, 30) via a respective connecting channel (18, 19). are, and wherein one of the side openings (22, 32) of the second and the third valve chamber (20, 30) with a second and a third inlet (26, 36) ve are connected and wherein the other of the side openings (23, 33) of the second and the third valve chamber (20, 30) are connected to a second and a third outlet (27, 37).
Description
Die Erfindung betrifft einen Ventilknoten mit einem Grundkörper, in dem eine erste Ventilkammer, eine zweite Ventilkammer und eine dritte Ventilkammer vorgesehen sind, wobei jede Ventilkammer eine Mittelöffnung und zwei Seitenöffnungen aufweist, wobei zwischen der Mittelöffnung und jeder der Seitenöffnungen jeweils ein Trennsteg vorgesehen ist.The invention relates to a valve manifold with a base body in which a first valve chamber, a second valve chamber and a third valve chamber are provided, each valve chamber having a central opening and two side openings, with a separating web being provided between the central opening and each of the side openings.
Ein solcher Ventilknoten ist beispielsweise aus der
Jeder Ventilkammer ist ein Ventilantrieb zugeordnet, mit dem ein Ventilelement (meist eine Membran) selektiv gegen die Trennstege gedrückt werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Ventilantrieb mit Membran findet sich in der
Durch geeignete Ansteuerung des Ventilantriebs sind verschiedene Betriebszustände möglich. In einem ersten Betriebszustand wird die Membran gegen beide Trennstege gedrückt. In diesem Zustand ist kein Durchfluss durch die entsprechende Ventilkammer möglich. In einem zweiten und einem dritten Betriebszustand wird die Membran von einem der Trennstege gelöst. Im entsprechenden Betriebszustand ist dann ein Durchfluss von der entsprechenden Seitenöffnung zur Mittelöffnung (oder auch umgekehrt) möglich. In einem vierten Betriebszustand wird die Membran von beiden Trennstegen gleichzeitig gelöst.Various operating states are possible by suitably controlling the valve drive. In a first operating state, the membrane is pressed against both separating webs. In this state, no flow through the corresponding valve chamber is possible. In a second and a third operating state, the membrane is detached from one of the separating webs. In the corresponding operating state, a flow from the corresponding side opening to the central opening (or vice versa) is then possible. In a fourth operating state, the membrane is detached from both separating webs at the same time.
Mit dem Ventilknoten können unterschiedliche Flüssigkeiten gemischt werden, die dem Ventilknoten über die unterschiedlichen Zuläufe zugeführt werden. Es ist auch möglich, über einen der Zuläufe ein Spül- und Reinigungsmedium zuzuführen. Indem mehrere Ventilknoten in einer Matrix geeignet zusammengeschaltet werden, können sehr komplexe Mischvorgänge durchgeführt werden.Different liquids can be mixed with the valve manifold, which are supplied to the valve manifold via the different inlets. It is also possible to supply a rinsing and cleaning medium via one of the inlets. By suitably interconnecting several valve nodes in a matrix, very complex mixing processes can be carried out.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bekannten Ventilknoten dahingehend weiterzubilden, dass zusätzliche Funktionalitäten verwirklich werden können.The object of the invention is to further develop the known valve node in such a way that additional functionalities can be implemented.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Ventilknoten der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Mittelöffnung der ersten Ventilkammer mit einem ersten Zulauf und einem ersten Ablauf verbunden sind, wobei die beiden Mittelöffnungen der ersten Ventilkammer über jeweils einen Verbindungskanal mit der Mittelöffnung der zweiten und der dritten Ventilkammer verbunden sind, und wobei eine der Seitenöffnungen der zweiten und der dritten Ventilkammer mit einer zweiten und einem dritten Zulauf verbunden sind und wobei die andere der Seitenöffnungen der zweiten und der dritten Ventilkammer mit einem zweiten und einem dritten Ablauf verbunden sind. Der Unterschied zum bekannten Ventilknoten besteht insbesondere darin, dass keine zentrale Mischkammer im Ventilknoten vorhanden ist, sondern dass Fluid durch geeignetes Schalten der Strömungsverbindungen zwischen den Öffnungen der Ventilkammern gemischt wird. Hierdurch ergibt sich eine hermetische Trennung zwischen den drei Medienbereichen. Weiterhin können alle fluidischen Wege im Ventilknoten und in den angrenzenden Leitungen über den Ventilknoten selektiv gereinigt werden, wobei eine Kontamination der restlichen Bereiche vermieden ist. Während der Reinigung eines Vertikalstrangs kann auf Parallelsträngen weiter mit dem ersten und dem zweiten Medium gearbeitet werden. Insgesamt ergibt sich eine kompakte Bauweise mit einer hohen Packungsdichte, kurzen Totstreckenlängen, einem minimalen internen Volumen und einer strömungsgünstigen Kanalführung.To solve this problem, it is provided according to the invention in a valve manifold of the type mentioned at the outset that the central opening of the first valve chamber is connected to a first inlet and a first outlet, with the two central openings of the first valve chamber each being connected via a connecting channel to the central opening of the second and the third valve chamber, and one of the side ports of the second and third valve chambers being connected to second and third inlets and the other of the side ports of the second and third valve chambers being connected to second and third outlets. The difference from the known valve manifold consists in particular in the fact that there is no central mixing chamber in the valve manifold, but that fluid is mixed by suitably switching the flow connections between the openings of the valve chambers. This results in a hermetic separation between the three media areas. Furthermore, all fluidic paths in the valve manifold and in the adjacent lines can be cleaned selectively via the valve manifold, with contamination of the remaining areas being avoided. While cleaning a vertical line, you can continue to work with the first and the second medium on parallel lines. Overall, this results in a compact design with a high packing density, short dead zones, a minimal internal volume and a streamlined channel layout.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Zulauf und der erste Ablauf in gerader Linie ineinander übergehen. Hierdurch ergibt sich ein geringer Strömungswiderstand.According to one embodiment of the invention, it is provided that the first inlet and the first outlet merge into one another in a straight line. This results in a low flow resistance.
Der zweite und/oder der dritte Zulauf können als Stichkanal ausgebildet sein, sodass sie an eine ansonsten durchgehende Medienversorgungsleitung angeschlossen werden können.The second and/or the third inlet can be designed as a branch channel so that they can be connected to an otherwise continuous media supply line.
Alternativ ist auch möglich, dass der zweite und/oder der dritte Zulauf durch den Grundkörper hindurchgeschleift sind. Hierdurch ergibt sich eine Verringerung der Totstreckenlängen.Alternatively, it is also possible for the second and/or the third inlet to be looped through the base body. This results in a reduction in dead zone lengths.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Montage-Referenzfläche vorgesehen, wobei alle Ventilkammern zum entsprechenden Ablauf hin selbstentleerend sind, wenn der Ventilknoten entsprechend der Montage-Referenzfläche ausgerichtet ist. Der besondere Vorteil hier ist, dass keine Medienrückstände im Ventilknoten verbleiben, sodass er besonders gut gereinigt werden kann.According to one embodiment of the invention, a mounting reference surface is provided, with all valve chambers being self-draining towards the corresponding drain when the valve cluster is aligned in accordance with the mounting reference surface. The special advantage here is that no media residues remain in the valve cluster, so that it can be cleaned particularly well.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Ventilkammer eine Schnittstellen-Ebene zur Montage eines Ventilantriebs zugeordnet ist, wobei die Schnittstellen-Ebenen so angeordnet sind, dass eine Senkrechte auf einer Schnittstellen-Ebene mit einer Senkrechten auf der benachbarten Schnittstellen-Ebene einen Winkel von maximal 90° einschließt und vorzugsweise von maximal 50°. Bei einem Winkel von 90° erstrecken sich die drei Ventilantriebe also in einem Halbkreis über eine Seite des Ventilknotens, sodass eine „Rückseite“ freibleibt. Dadurch kann der Ventilknoten mit seiner Rückseite an einer Wand oder an einer Anordnung von Rohrleitungen angebracht werden, während gleichzeitig alle Ventilantriebe von einer Seite montiert und gewartet werden können. Wenn die Achsen der Ventilantriebe einen Winkel von bspw. maximal 45° relativ zueinander aufweisen, sind alle Ventilantriebe in einem Quadranten angeordnet, sodass die Ventilknoten nahe beieinander angeordnet werden können. Dadurch ergibt sich insgesamt eine kompakte Konfiguration, wenn eine große Anzahl von Ventilknoten in einer Matrix zusammengeschalten wird. Wenn der zweite und/oder der dritte Zulauf als Stichkanal ausgebildet sind, können der zweite und/oder der dritte Zulauf parallel zu einer Senkrechten auf die Schnittstellen-Ebene ausgerichtet sein, die der ersten Ventilkammer zugeordnet ist. Anders ausgedrückt werden die Medien von der Rückseite senkrecht zur Vorderseite zugeführt, sodass die Ventilknoten kompakt an ein Rohrleitungssystem angeschlossen werden können.According to one embodiment of the invention, it is provided that each valve chamber is assigned an interface level for mounting a valve drive, the interface levels being arranged in such a way that a vertical on one interface level forms an angle with a vertical on the adjacent interface level of a maximum of 90° and preferably of a maximum of 50°. At an angle of 90°, the three valve drives thus extend in a semicircle over one side of the valve cluster, leaving a “rear side” free. This allows the valve manifold to be mounted rearwardly against a wall or array of piping while all valve actuators are controlled by one side can be assembled and serviced. If the axes of the valve drives have an angle of, for example, a maximum of 45° relative to one another, all the valve drives are arranged in a quadrant, so that the valve nodes can be arranged close to one another. This results in a compact configuration overall when a large number of valve nodes are interconnected in a matrix. If the second and/or the third inlet are designed as a branch channel, the second and/or the third inlet can be aligned parallel to a perpendicular to the interface level that is assigned to the first valve chamber. In other words, the media are fed from the rear perpendicularly to the front, so that the valve manifolds can be connected to a piping system in a compact manner.
Wenn der zweite und/oder der dritte Zulauf durch den Grundkörper hindurchgeschleift sind, können der zweite und/oder dritte Zulauf einen Stutzen aufweisen, der sich auf einer oben angeordneten Schrägfläche befindet, und einen Stutzen, der sich auf einer Außenfläche des Grundkörpers befindet, die von der Schnittstellen-Ebene abgewandt ist, die der ersten Ventilkammer zugeordnet ist. Hierdurch befinden sich die Stutzen, die der oben angeordneten Schrägfläche zugeordnet sind, in einer Position, die ein Verschweißen mit einem Rohrleitungssystem erleichtert.If the second and/or the third inlet are looped through the main body, the second and/or third inlet can have a stub located on an inclined surface arranged at the top and a stub located on an outer surface of the main body, the facing away from the interface level associated with the first valve chamber. This places the stubs associated with the sloping surface located at the top in a position that facilitates welding to a piping system.
Vorzugsweise befinden sich die drei Abläufe an einer Unterseite des Grundkörpers, sodass die Medien unter der Wirkung der Schwerkraft optimal ablaufen können.The three drains are preferably located on an underside of the base body, so that the media can drain optimally under the effect of gravity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Zuläufe und die Abläufe jeweils einen Stutzen auf, der einstückig mit dem Grundkörper ausgeführt ist.According to a preferred embodiment of the invention, the inlets and outlets each have a socket that is designed in one piece with the base body.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- -
1 in einer perspektivischen Ansicht einen Ventilknoten gemäß einer ersten Ausführungsform; - -
2 den Ventilknoten von1 , wobei zur Verdeutlichung ein Teil des Grundkörpers ausgeschnitten ist; - -
3 den Ventilknoten von1 , wobei zur Verdeutlichung Teile des Grundkörpers ausgeschnitten sind; - -
4 schematisch ein Hydraulikschaltbild des erfindungsgemäßen Ventilknotens; - - die
5-8 verschiedene Betriebsmodi mit dem Schaltbild von4 ; - -
9 in einer perspektivischen Ansicht einen Ventilknoten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und - -
10 in einer weiteren perspektivischen Ansicht den Ventilknoten von9 .
- -
1 in a perspective view, a valve node according to a first embodiment; - -
2 the valve node of1 , wherein part of the body is cut away for clarity; - -
3 the valve node of1 , wherein parts of the base body are cut out for clarity; - -
4 schematically a hydraulic circuit diagram of the valve node according to the invention; - - the
5-8 different modes of operation with the circuit diagram of4 ; - -
9 in a perspective view, a valve manifold according to a second embodiment of the invention; and - -
10 in a further perspective view the valve node of FIG9 .
In den
Er weist einen Grundkörper 2 auf, in welchem eine erste Ventilkammer 10, eine zweite Ventilkammer 20 und eine dritte Ventilkammer 30 gebildet sind.It has a
Der Grundkörper 2 hat die Form eines trapezförmigen Prismas, wobei die Flächen hier zur übersichtlicheren Erläuterung als Rückseite 3, Oberseite 4, Unterseite 5, Vorderseite 6 und Seitenflächen 7, 8 bezeichnet werden.The
Nachfolgend wird angenommen, dass die Rückseite 3 und die Unterseite 5 im rechten Winkel zueinander stehen und eine Montage-Referenzfläche darstellen, wobei im montierten Zustand die Rückseite 3 senkrecht verläuft und die Unterseite 5 waagrecht.It is assumed below that the
Jede Ventilkammer 10, 20, 30 ist zu einer der Seiten des Grundkörpers 2 des Ventilknotens 1 geöffnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Ventilkammer 10 an der Vorderseite 6 des Grundkörpers 2 geöffnet, die zweite Ventilkammer 20 ist an der Seitenfläche 7 geöffnet, und die dritte Ventilkammer 30 ist an der Seitenfläche 8 geöffnet.Each
Jede der Ventilkammern 10, 20, 30 weist eine Mittelöffnung 11, 21, 31 sowie zwei Seitenöffnungen 12, 13, 22, 23, 32, 33 auf. Zwischen jeder Seitenöffnung und der Mittelöffnung ist ein Trennsteg 14, 24, 34 vorgesehen.Each of the
Die jeder Ventilkammer 10, 20, 30 zugeordnete Außenfläche 6, 7, 8 bildet eine Schnittstellen-Ebene zur Anbringung eines Ventilantriebs, der mit der entsprechenden Ventilkammer 10, 20, 30 zusammenwirkt. Kurz zusammengefasst weist der Ventilantrieb eine Membran auf, die auf der entsprechenden Vorderseite bzw. Seitenfläche 6, 7, 8 abdichtet und von einem Aktor einzeln angesteuert gegen die Trennstege 14, 15, 24, 25, 34, 35 gedrückt bzw. von diesen gelöst werden kann.The
Am Beispiel der ersten Ventilkammer ist keinerlei Mediendurchfluss zwischen der Mittelöffnung und den beiden Seitenöffnungen 12, 13 möglich, wenn die Membran gegen die beiden Trennstege 14, 15 gedrückt wird. Wird die Membran vom Trennsteg 14 abgehoben, ist eine Strömungsverbindung zwischen der Mittelöffnung 11 und der Seitenöffnung 12 freigegeben. Die Strömungsverbindung zwischen der Mittelöffnung 11 und der Seitenöffnung 13 kann in diesem Zustand geschlossen sein. Wenn die Membran vom Trennsteg 15 abgehoben wird, ist eine Strömungsverbindung zwischen der Mittelöffnung 11 und der Seitenöffnung 13 freigegeben. In diesem Zustand kann die Strömungsverbindung zwischen der Mittelöffnung 11 und der Seitenöffnung 12 verschlossen bleiben.Using the example of the first valve chamber, no medium can flow between the central opening and the two
Es ist auch denkbar, dass die Membran von den beiden Trennstegen 14, 15 gleichzeitig gelöst wird, sodass alle Öffnung 11, 12, 13 miteinander in Strömungsverbindung stehen.It is also conceivable that the membrane is detached from the two separating
Die Mittelöffnung 11 der ersten Ventilkammer 10 steht mit einem Zulauf 16 und einem Ablauf 17 in Verbindung. Es handelt sich hierbei um Stutzen, die vertikal von der Oberseite 4 und der Unterseite 5 hervorstehen.The
Die erste Seitenöffnung 12 ist mit der Mittelöffnung 21 der zweiten Ventilkammer durch einen Verbindungskanal 18 verbunden. Die zweite Seitenöffnung 13 der ersten Ventilkammer ist mit der Mittelöffnung 31 der dritten Ventilkammer durch einen zweiten Verbindungskanal 19 verbunden.The
Die Seitenöffnung 22, 32 der zweiten und der dritten Ventilkammer 20, 30 ist mit einem Zulauf 26, 36 verbunden, der hier nur für die dritte Ventilkammer 30 zu sehen ist. Der Zulauf 26, 36 ist jeweils als Stutzen ausgebildet, der auf der Rückseite 3 des Grundkörpers 2 angeordnet ist und der sich senkrecht zur Rückseite 3 erstreckt.The
Die andere Seitenöffnung 23, 33 der zweiten und der dritten Ventilkammer 20, 30 ist mit einem zweiten und einem dritten Ablauf 27, 37 verbunden. Jeder Ablauf 27, 37 ist als Stutzen ausgeführt, der sich ausgehend von der Unterseite 5 vertikal nach unten erstreckt.The
Der Grundkörper 2 mit allen strukturellen Merkmalen und auch den Stutzen 16, 17, 26, 27 36, 37 ist einstückig ausgeführt. Insbesondere ist der Grundkörper 2 mit allen strukturellen Merkmalen und den Stutzen aus einem massiven Metallblock hergestellt. Alternativ könnte der Grundkörper 2 auch durch additive Fertigungsverfahren („3D-Druck“) hergestellt werden.The
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können für die Fluidzufuhr auch angeschweißte Stutzen oder andere Elemente verwendet werden.According to an alternative embodiment, welded-on connectors or other elements can also be used for the fluid supply.
Der besondere Vorteil der als von den Außenflächen des Grundkörpers 2 hervorstehenden Stutzen 16, 17, 26, 27, 36, 37 ausgeführten Zuflüsse und Abflüsse besteht darin, dass die Zuflüsse und die Abflüsse mit Leitungen eines Fluidsystems verschweißt werden können. Dabei sind die Stutzen so angeordnet, dass sie für ein Orbitalschweißverfahren rundherum zugänglich sind.The particular advantage of the inflows and outflows designed as
Ein weiteres Merkmal des Ventilknotens 1 besteht darin, dass alle internen Strömungskanäle, Öffnungen und Ventilkammern so ausgebildet sind, dass sie zum entsprechenden Ablauf 17, 27, 37 hin selbstentleerend sind. Es ist also durch geeignetes Ansteuern der Ventilantriebe möglich, jeden Strömungskanal unter der Wirkung der Schwerkraft zu mindestens einem Ablauf hin zu entleeren.A further feature of the
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Trennstege 14, 15 der ersten Ventilkammer 10 vertikal ausgerichtet, während die Trennstege 24, 25, 34, 35 der zweiten und dritten Ventilkammer 20, 30 waagerecht ausgerichtet sind. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Gestaltung erreichen.In the exemplary embodiment shown, the separating
In
In den
Im ersten Betriebsmodus, der in
In
Das Medium M1 oder das Medium M2 können zeitgleich in weiteren in einer Matrix angeordneten Ventilknoten genutzt werden.The medium M1 or the medium M2 can be used simultaneously in further valve nodes arranged in a matrix.
In
Auch hier kann Medium M1 oder Medium M2 zeitgleich in weiteren in einer Matrix angeordneten Ventilknoten genutzt werden.Here, too, medium M1 or medium M2 can be used simultaneously in other valve nodes arranged in a matrix.
In
In den
Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform betrifft die Zuläufe 26 und 36 zur zweiten Ventilkammer und zur dritten Ventilkammer. Während bei der ersten Ausführungsform eine Stichleitung über die Stutzen 26, 36 verwendet wird, sind bei der zweiten Ausführungsform die Zuleitungen durchgeschleift. Es erstreckt sich hier der Stutzen 26 bzw. 36 in den Grundkörper 2 hinein, und die Zulaufleitung M1 bzw. M2 wird in der Form einer Rücklaufleitung 29 bzw. 39 weitergeführt.The difference between the first and the second embodiment relates to the
Die Stutzen 26, 36 sind hier an schräg angeordneten Flächen 50, 52 vorgesehen, die auf der Oberseite des Grundkörpers angeordnet sind. Die Stutzen 29, 39 sind auf der Rückseite 3 des Grundkörpers 2 angeordnet und erstrecken sich senkrecht zu der von der Rückseite 3 definierten Ebene.The
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