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Gebiet der Erfindung
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Die hier geoffenbarte Erfindung bezieht sich allgemein auf Verteiler und Ventile für Fluidsysteme.
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Hintergrund der Erfindung
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Verschiedene industrielle Herstellungsverfahren erfordern häufig die Verwendung von Gasen und Fluiden, welche durch Systeme gesteuert bzw. geregelt sind bzw. werden, die aus Ventilen, Regulatoren, Druckwandlern, Massenfluss-Steuer- bzw. -Regeleinrichtungen u. dgl. gebildet sind. Diese Komponenten sind typischerweise durch die Verwendung von verschweißten Rohren und Kompressionspaßstücken verbunden und sind auf einer vertikalen Platte bzw. einem Paneel montiert. Diese Art von Verbindungen kann in einigen Anwendungen unerwünscht sein, da sie zusätzliche Zeit und Kosten für die Verschweißtätigkeiten bzw. -vorgänge, unnötigen Raum zwischen die Komponenten hinzufügen und es schwierig machen, eine Komponente zu ersetzten, die zwischen anderen Komponenten angeordnet ist. Weiters sind diese Systeme typischerweise kundenspezifisch entworfen und hergestellt, was die Herstellungskosten und eine Beschaffung von Ersatzteilen ziemlich teuer macht.
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Neue modulare Fluidsysteme wurden kürzlich in der Halbleiterindustrie eingeführt, um diese Arten von Problemen zu beseitigen bzw. zu überwinden. Typische Komponenten dieser Systeme, wie Ventile, Druckregulatoren oder andere typische Fluidkomponenten wurden neu konfiguriert, so daß ihre Einlaß- und Auslaßöffnungen gemeinsam in einer koplanaren Konfiguration angeordnet sind. Weiters hat der Befestigungs-Flußkomponentenflansch eine standardisierte Größe und Form bzw. Gestalt, um untereinander eine Austauschbarkeit von Oberflächenmontagekomponenten zu erlauben. Jedoch haben diese Fluidsysteme den Nachteil, daß sie sehr teuer sind, da sie aus hochreinem Metall gefertigt bzw. bearbeitet sind. Diese Systeme erfordern weiters die Verwendung von Metalldichtungen, welche sehr teuer sind. Es ist somit wünschenswert, ein billiges modulares Verteilersystem zur Verwendung in beispielsweise der analytischen Verfahrensindustrie zur Verfügung zu stellen.
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Gegenwärtig gibt es keine kommerziell erhältlichen, für eine Oberflächenmontage konfigurierten Rückschlag- bzw. Absperrventile, d. h. Ventile, die konfiguriert sind, daß sie eine Einlaßöffnung benachbart zu einer Auslaßöffnung aufweisen und eine zusammenpassende Oberfläche mit einer vordefinierten Aufstandsfläche zum lösbaren Verbinden mit einem modularen Oberflächenmontageverteiler aufweisen. Standardmäßige konventionelle Absperrventile werden häufig in modularen Verteilersystemen verwendet und erfordern Verbindungen mit Rohren bzw. einer Verrohrung und anderer Montage-Hardware. Zusätzlich gibt es ein kommerzielles Erfordernis für ein oben verschlossenes Absperrventil.
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WO 99/59392 offenbart modulare Oberflächenmontageverteilerbaugruppen mit Brückenanschlusstücken, die in Kanälen einer Verstärkungsplatte montiert werden können.
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US 6 283 155 B1 offenbart ein System von modularen Substraten zum Ermöglichen des Verteilens von Prozessfluiden durch entfernbare Komponenten.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und Ansprüche offensichtlich werden, welche ein Teil der Beschreibung bilden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Brückenanschlußstück bzw. einen Überbrückungsfitting zur Verwendung in einem Fluidverteilersystem zur Verfügung, das die Merkmale gemäß Anspruch 1 aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des modularen Fluidsystems der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Querschnittsansicht in der Richtung 2-2 des Fluidsystems von 1;
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2a ist eine teilweise, perspektivische Ansicht eines Endverbinders und eines Verteilerblocks;
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2b ist eine teilweise Explosionsdarstellung einer alternativen Ausbildung eines Endverbinders und eines Verteilerblocks;
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3 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausbildung eines außermittigen bzw. zum Zentrum versetzten Brückenanschlußstücks;
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4A und 4B sind Querschnittsansichten einer alternativen Ausbildung eines Zentrum-Zentrum Brückenanschlußstücks;
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5A ist eine Querschnittsansicht von alternativen Ausbildungen eines Verteiler-Brückenanschlußstücks;
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5B, 6 sind eine Drauf- und Teilansicht von zusätzlichen Ausbildungen eines Brückenanschlußstücks;
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7 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Brückenanschlußstücks von 6;
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8 ist eine teilweise Draufsicht auf eine alternative Ausbildung eines Brückenanschlußstücks;
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9 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Brückenanschlußstücks von 8;
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10 ist eine teilweise Draufsicht auf eine alternative Ausbildung eines Brückenanschlußstücks;
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11 ist eine Seitenquerschnittsansicht des Brückenanschlußstücks von 10;
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12A und 12B sind Querschnittsansichten eines mit einer Öffnung oben versehenen, normalerweise geschlossenen Ventils der vorliegenden Erfindung, das in der geschlossenen bzw. offenen Position dargestellt ist;
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13A und 13B sind Querschnittsansichten eines mit einer Öffnung oben versehenen, normalerweise offenen Ventils der vorliegenden Erfindung, das in der geschlossenen bzw. offenen Position gezeigt ist;
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14 ist eine Querschnittsansicht eines Rückschlag- bzw. Absperrventils der vorliegenden Erfindung, das in der geschlossenen Position gezeigt ist;
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15 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Tellers des Ventils von 14;
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16A ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Verbindermontageblocks, der gemeinsam mit zwei Kanalblöcken gezeigt ist; und
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16B ist eine Querschnittsansicht eines zusammengebauten Verbindermontageblocks und eines Kanalblocksystems von 16A.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung ist auf ein modulares Oberflächenmontage-Fluidsystem und modulare Oberflächenmontage-Flußventile zur Verwendung damit gerichtet. Das modulare Oberflächenmontage-Fluidsystem ist im Detail im Abschnitt I beschrieben, während das modulare Oberflächenmontage-Flußventil in größerem Detail in Abschnitten II und III beschrieben ist.
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I. Modulares Oberflächenmontage-Fluidsystem
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Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, ist eine Explosionsdarstellung eines beispielhaften modularen Fluidsystems 10 zur Verwendung mit modularen Oberflächenmontage-Fluidkomponenten, wie Ventil 12 und Filter 14 gezeigt. Andere Fluidkomponenten, wie Druckwandler (nicht gezeigt), Massenfluß-Steuer- bzw. -Regeleinrichtungen (nicht gezeigt) und dgl. können auch im Zusammenhang mit dem modularen Verteilersystem der Erfindung verwendet werden. Wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, haben die Oberflächenmontagekomponenten 12, 14 und 16 jeweils einen quadratischen Montageflansch 15 einer standardisierten Größe, mit wenigstens einer Einlaßöffnung und wenigstens einer Auslaßöffnung, die benachbart der bzw. anschließend an die Einlaßöffnung angeordnet ist. Die Einlaß/Auslaßöffnungen sind auf der ebenen bzw. planaren Bodenmontageoberfläche 17 des Montageflansches 15 angeordnet. Für Komponenten mit zwei Öffnungen, wie Filter 14 und ein generisches Ventil 16 mit zwei Öffnungen ist eine Einlaßöffnung 20 an dem Zentrum der unteren ebenen zusammenpassenden bzw. abgestimmten Oberfläche 17 des Montageflansches angeordnet, und eine versetzte Auslaßöffnung 22 ist benachbart der Einlaßöffnung 20 angeordnet. Für das generische Ventil mit drei Öffnungen 12 ist die Einlaßöffnung 24 von dem Zentrum versetzt und umfaßt weiters eine zum Zentrum orientierte Einlaß- (oder Auslaß-)-öffnung 26 und eine versetzte Auslaßöffnung 28. Es ist festzuhalten, daß alle Einlaß/Auslaßöffnungen koplanar sind.
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Wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt das Substrat oder die erste Schicht des Fluidsystems 10 einen oder mehrere Substratkanalblock(-blöcke) 30. Die Substratkanalblöcke 30 können dimensioniert bzw. bemessen sein, um eine oder mehrere Oberflächenmontage-Flußkomponenten bzw. -Strömungskomponenten aufzunehmen. Vorzugsweise erhält bzw. empfängt der Substratkanalblock 30 eine Mehrzahl von Oberflächenmontage-Flußkomponenten. Der Substratkanalblock 30 umfaßt eine obere ebene bzw. planare Montageoberfläche 32, um die Oberflächenmontagekomponenten darauf aufzunehmen und zu sichern, und einen Kanal oder eine Nut bzw. Rille 34, die entlang der Längsachse des Kanalblocks ausgerichtet bzw. orientiert ist, um zwei oder mehrere Brückenanschlußstücke bzw. -paßstücke aufzunehmen. Eine Serie von mit einem Gewinde versehenen bzw. Gewindefestlegungselementen (nicht gezeigt) kann durch Löcher 35 in die Basismontageflansche der Fluidkomponenten eingesetzt sein bzw. werden, um die Komponenten mit ausgerichteten Gewindelöchern 36 des Substratkanalblocks 30 zu sichern. Die Nut oder der Kanal 34 hat vorzugsweise parallele Seitenwände 38 und eine Bodenwand 40, die senkrecht zu jeder der Seitenwände ausgerichtet ist.
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Das modulare Fluidsystem 10 der vorliegenden Erfindung umfaßt bzw. beinhaltet weiters ein oder mehrere Brückenanschlußstück(e), welche(s) in dem Kanal 34 des Substratkanalblocks 30 aufgenommen ist bzw. sind. Die Überbrückungs- bzw. Brückenanschlußstücke 50, 80, 110, 130, 140, 150, 160, wie sie in 1 bis 5 gezeigt sind, funktionieren, um den ”Fluß zu überbrücken”, d. h. eine Fluidkommunikation bzw. -verbindung von einer Strömungs- bzw. Flußkomponente zu (einer) anderen benachbarten bzw. anschließenden Flußkomponente(n) zur Verfügung zu stellen. Die Brückenanschlußstücke können auch eine Fluidverbindung von einer Flußkomponente in einer ersten Substratschicht zu einer Flußkomponente in einer zweiten Substratschicht zur Verfügung stellen. Die externe Form bzw. Gestalt der Brückenpaßstücke stellt weiters ein Anordnungsmerkmal zur Verfügung, um eine Fehlanordnung zu verhindern, ebenso wie ein Klemm- oder Rückhaltemerkmal, um Brückenanschlußstücke innerhalb der Kanalblöcke zurückzuhalten, wenn sie in einer vertikalen Ausrichtung montiert sind. Alle diese Merkmale werden unten in größerem Detail beschrieben.
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Wie dies in 2 gezeigt ist, kommuniziert bzw. verbindet eine erste Art eines Brückenanschlußstücks bzw. -fittings 50, die als ein Brückenanschlußstück mit ”versetztem Zentrum” bezeichnet ist, einen Fluidfluß zwischen einem ”versetzt” ausgerichteten Anschluß bzw. einer Öffnung 28 einer ersten Strömungs- bzw. Flußkomponente 12 und einer ”im Zentrum” angeordneten Öffnung bzw. einem Anschluß 20 einer zweiten benachbarten Flußkomponente 16. Für die überwiegende Mehrheit von Fluidkomponenten mit zwei Öffnungen ist typischerweise die versetzt ausgerichtete Öffnung 22 typischerweise der Auslaß und die im Zentrum bzw. zentral orientierte Öffnung 20 ist typischerweise der Einlaß. Das Brückenanschlußstück 50 mit versetztem Zentrum beinhaltet ein Gehäuse 52, das eine erste oder ”versetzte” Öffnung 54 und eine zweite oder ”zentrische” Öffnung 56 aufweist, die an der oberen Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind. Die versetzte Öffnung 54 des Brückenanschlußstückes ist für eine Fluidverbindung mit der versetzten Öffnung 28 einer ersten Fluidflußkomponente 12 positioniert, während die zentrale Öffnung 56 des Brückenanschlußstücks zur Fluidverbindung mit der zentralen Öffnung 20 einer zweiten benachbarten Fluidflußkomponente 16 positioniert ist. Wie dies in 2 gezeigt ist, sind, wenn das Brückenanschlußstück 50 innerhalb des Kanals des Substratblocks 30 aufgenommen ist, die erste und zweite Öffnung 54, 56 in Bezug auf die Substratkanal-Montageoberfläche 32 fluchtend bzw. bündig. Die erste und zweite Öffnung umfassen vorzugsweise einen kreisförmigen ausgenommenen Hohlraum oder eine Gegenbohrung um das Öffnungsloch, der (die) zum Aufnehmen einer Dichtung oder einer O-Ring-Dichtung 57 öffnet. Die Dichtungen können aus jedem geeigneten Material, wie einem Elastomer, Gummi oder Polymermaterial gefertigt sein. Andere Dichttechnologien, welche im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden können, werden dem Fachmann offensichtlich sein.
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Die erste und zweite Öffnung 54, 56 des Brückenanschlußstücks sind jeweils mit einem ellbogenförmigen inneren bzw. internen Fluiddurchtritt 58a, b verbunden. Erstreckend von den ellbogenförmigen inneren Fluiddurchtritten 58a, b sind fakultative gerade Flußdurchtritte 60a, b, welche miteinander verbunden sind. So kooperieren die ellbogenförmigen inneren Fluiddurchtritte 58a, b und die geraden Flußdurchtritte 60a, b, um einen inneren Fluiddurchtritt auszubilden.
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Um den geeigneten Ort der zentralen bzw. Zentrumsöffnung des Brückenanschlußstücks 50 mit der zentral orientierten Öffnung bzw. mit dem Loch 20 der Flußkomponente 16 ebenso wie einem Verteiler-Brückenanschlußstück in einer zweiten Schicht sicherzustellen, erstreckt sich eine vergrößerte Bosse bzw. Erhebung 64 von der Bodenoberfläche 62 gegenüberliegend der zentralen Öffnung 56 des Brückenanschlußstücks 50 mit versetztem Zentrum. Die vergrößerte Bosse bzw. der Wulst 64 ist zur Aufnahme in einem Herunterfall-Loch 66, das in der Bodenwand 40 des Kanalblocks 30 angeordnet ist, ausgerichtet, wodurch eine Ausrichtung der zentralen Öffnung 56 des Brückenanschlußstücks 50 mit der zentralen Öffnung 20 der Oberflächenmontagekomponente 16 und möglicherweise einer Öffnung eines Brückenanschlußstücks zur Verfügung gestellt wird, das in einer zweiten oder Verteilerschicht (nicht gezeigt) angeordnet ist. Die Tiefe und der Durchmesser der Bosse 64 ist so dimensioniert, um das Brückenanschlußstück innerhalb des Kanals zurückzuhalten, wenn der Kanalblock 30 in eine vertikale Ausrichtung bzw. Orientierung gedreht wird. Wenn sich der Kanalblock 30 in einer vertikalen Ausrichtung befindet, interferiert bzw. wechselwirkt die Seitenwand der Bosse mit der Seitenwand des Loches 66 in einer derartigen Weise, um das Brückenanschlußstück innerhalb des Kanals zurückzuhalten. Weiters ist der Durchmesser der Bosse 64 so dimensioniert, um nur geringfügig kleiner als das Loch 66 zu sein, um weiter bei dem Zurückhalten der Bosse innerhalb des Loches 66 zu helfen. Die Bosse 64 kann einen blind ausgenommenen bzw. vertieften Bereich 67 für ein Einsetzen einer Dichtung aufweisen, so daß das Bossenende als eine Kappe bzw. Abdeckung fungieren kann, um einen Fluß einer zusammenpassenden Öffnung 112 des Verteilerbrückenanschlußstücks abzudichten, das in einer Verteilerschicht angeordnet ist, wie dies unten beschrieben ist.
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Das Brückenanschlußstück 50 mit versetztem Zentrum kann weiters eine zweite Bosse bzw. Erhebung 70 umfassen, die sich von der Bodenoberfläche gegenüberliegend der versetzten Öffnung 54 erstreckt. Die zweite Bosse 70 ist von vorzugsweise unterschiedlicher Größe als die erste Bosse 64 und ist in einem komplementär geformten Blindloch 72 in Ausrichtung bzw. fluchtend mit dem Ort der versetzten Öffnung 28 der Oberflächenmontagekomponente 12 aufgenommen. Wenn die zweite Bosse 70 eine unterschiedliche Größe oder Form bzw. Gestalt als die erste Bosse 64 aufweist, werden die Bossen 64, 70 nur in ihre entsprechenden Löcher 66, 72 passen. Wie dies im weggeschnittenen Abschnitt des Kanalblockes 30 gezeigt ist, hat der Kanalblock eine Serie von Löchern in einem sich wiederholenden Muster: Gegenbohrung 72, Durchgangsloch 66, Gegenbohrung 72. Die Gegenbohrungslöcher 72 sind mit den versetzten Ventilöffnungen 22 ausgerichtet, während die Durchgangslöcher 66 mit den zentralen Ventilöffnungen 20 ausgerichtet sind. So richtet die Anordnung und die Größe der Kanalblocklöcher gemeinsam mit den unterschiedlich dimensionierten (oder geformten) Bossen bzw. Vorsprüngen die entsprechend versetzten, zentralen Öffnungen der Brückenanschlußstücke und Ventile aus, wodurch eine Fehlanordnung bzw. ein fehlerhafter Zusammenbau und eine falsche Anordnung der Brückenanschlußstücke innerhalb des Kanalblocks verhindert werden.
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So funktionieren die erste und zweite Bosse 64, 70, um eine Ausrichtung der versetzten Öffnung 54 und der zentralen Öffnung 56 des Brückenanschlußstücks 50 mit der entsprechenden versetzten Öffnung 28 und der zentralen Öffnung 20 der Oberflächenmontagekomponenten 12, 16 auszurichten. Die erste und zweite Bosse 64, 70 funktionieren weiters, um das Brückenanschlußstück 50 innerhalb des Kanals zurückzuhalten, wenn der Kanalblock vertikal gehalten ist, was das Erfordernis von gesonderten Rückhalteklemmen bzw. -klammern eliminiert.
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Eine zweite Ausbildung des Brückenanschlußstücks 80 ist ebenfalls in 1, 2 gezeigt und wird als ein versetztes Brückenanschlußstück bezeichnet. Das versetzte Brückenanschlußstück kommuniziert einen Fluidfluß bzw. -strom zwischen einer ”versetzt” ausgerichteten Öffnung 22 einer ersten Flußkomponente 14 und einer ”versetzt” angeordneten Öffnung 24 einer zweiten benachbarten Flußkomponente 12. Außer dies ist unten angedeutet, hat das versetzt-versetzte Brückenanschlußstück 80 dieselben Merkmale wie das versetzt-zentrale Brückenanschlußstück 50, das oben beschrieben ist. Das versetzte-versetzte Brückenanschlußstück 80 beinhaltet ein Gehäuse 52, das eine erste versetzte Öffnung 82 und eine zweite versetzte Öffnung 84 aufweist, die auf der oberen Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind. Die erste versetzte Öffnung 82 des Brückenaschlußstücks 80 ist für eine Fluidverbindung mit der versetzten Öffnung 22 einer ersten Fluidflußkomponente 14 angeordnet, während die zweite versetzte Öffnung 84 des Brückenanschlußstücks zur Fluidverbindung mit der versetzten Öffnung 24 einer zweiten benachbarten Fluidflußkomponente 12 angeordnet ist.
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Um den richtigen Ort des versetzt-versetzten Brückenanschlußstücks 80 innerhalb des Kanals 34 des Substratkanalblocks sicherzustellen, um eine Fehlanordnung zu vermeiden, erstrecken sich eine erste und zweite Bosse 70 von der Bodenoberfläche 62 gegenüberliegend jeder versetzten Öffnung 82, 84 des versetzt-versetzten Brückenanschlußstücks 80. Die Bossen bzw. Erhebungen 70 sind zur Aufnahme in komplementär geformten Blindlöchern 72 ausgerichtet, welche in Ausrichtung mit den Orten der versetzten Öffnungen 22, 24 der Oberflächenmontage-Komponenten 12, 14 sind. Wie dies oben beschrieben ist, funktionieren die Bossen 70, um das Brückenanschlußstück 80 innerhalb des Kanals zurückzuhalten, wenn der Kanalblock vertikal gehalten ist, ebenso wie sie die Brückenanschlußstück-Öffnungen mit den versetzten Öffnungen der Oberflächenmontage-Komponenten ausrichten.
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Das modulare Verteilersystem 10 kann weiters gegebenenfalls eine zweite Schicht, bestehend aus einem oder mehreren Verteilerkanalblock(-blöcken) 90 verschiedener bzw. variierender Längen, und ein oder mehrere Brückenanschlußstück(e) umfassen. Die Verteilerkanalblöcke 90 haben eine obere Montageoberfläche 92, um an die untere Oberfläche der Substratkanalblöcke 30 über Festlegungs- bzw. Befestigungselemente (nicht gezeigt) gesichert zu sein, welche innerhalb von Löchern der oberen Kanalblöcke (nicht gezeigt) und in ausgerichteten Löchern 94 der unteren Kanalblöcke 90 positioniert sind. Dies erlaubt es den Kanalblöcken 90, daß sie von der oberen Substratschicht gelöst bzw. getrennt werden und nach unten herausgleiten, was eine leichtere Zugänglichkeit ermöglicht. Wie dies in 1 gezeigt ist, sind die Verteilerkanalblöcke 90 allgemein in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse der Substratschicht ausgerichtet.
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Der Verteilerkanalblock 90 umfaßt weiters einen Kanal oder eine Nut 96 zur Aufnahme von einem oder mehreren Verteilerbrückenanschlußstücken 110. Die Nut bzw. Rille oder der Kanal 96 hat vorzugsweise parallele Seitenwände 98 und eine Bodenwand 100, welche senkrecht zu jeder der Seitenwände orientiert ist. Die Verteilerbrückenanschlußstücke 110 sind im wesentlichen identisch zu den Brückenanschlußstücken 50 mit der Ausnahme der folgenden Merkmale. Das Verteilerbrückenanschlußstück 110 hat eine erste Öffnung 112 und eine zweite Öffnung 114 und eine Bosse, die sich um jede der Öffnungen 112, 114 erstreckt, welche zur Aufnahme in nach unten schauende bzw. Herunterfall-Löcher 66 ausgerichtet sind, die in dem oberen Kanalblock 30 der ersten Substratschicht angeordnet sind. Die Verteilerbrückenanschlußstücke 110 umfassen weiters gegebenenfalls einen oder mehrere Montagezapfen 118, die sich von der unteren Oberfläche 62 erstrecken, welche zur Aufnahme in Blindlöcher 120 ausgerichtet sind, die in der Bodenwand 100 des Kanalblocks 90 angeordnet sind. Die Blindlöcher gemeinsam mit den Montagezapfen funktionieren, um die Verteilerbrückenanschlußstücköffnungen 112, 114 mit einer Öffnung 132 eines nach unten schauenden bzw. Herunterfall-Brückenanschlußstücks 130 auszurichten und um das Brückenanschlußstück innerhalb des Verteilerkanalblocks zurückzuhalten.
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Das nach unten schauende Brückenanschlußstück 130 hat eine erste Öffnung 132 und eine zweite Öffnung 134 gegenüberliegend der ersten Öffnung, wobei jede der Öffnungen miteinander über einen geraden Durchgangsflußpfad 136 verbunden ist. Jede der ersten und zweiten Öffnung 132, 134 umfaßt weiters einen ausgenommenen bzw. vertieften Bereich oder eine Gegenbohrung, um eine Dichtung 57 darin aufzunehmen. Das nach unten schauende Brückenanschlußstück funktioniert, um ein Fluid zwischen einer zentralen Öffnung 26 einer Oberflächenmontage-Flußkomponente 12 in der oberen Substratschicht zu einer Öffnung 112 des Verteilerbrückenanschlußstücks in der unteren Verteilerschicht zu kommunizieren. Beispielsweise kann ein Spülgas von dem Verteilerbrückenanschlußstück zu dem Drei-Öffnungs-Ventil geführt werden. Alternativ kann ein Fluß von der ersten Schicht zu der zweiten Schicht in Abhängigkeit von der Ventileinstellung gerichtet werden.
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Eine zweite Ausbildung eines zentralen-versetzten Brückenanschlußstücks 140 ist in 3 gezeigt, und welches anstelle des zentralen-versetzten Brückenanschlußstücks 50 verwendet werden kann. Das zentrale-versetzte Brückenanschlußstück 140 ist dasselbe wie das Brückenanschlußstück 50 mit der Ausnahme, daß die linke Seite des Anschlußstücks (das Ellbogenanschlußstück) in ein T-Anschlußstück 141 modifiziert ist, das eine erste Öffnung 142 und eine zweite Öffnung 144 direkt gegenüberliegend zur ersten Öffnung aufweist. Somit kann, wenn das zentrale-versetzte Brückenanschlußstück 140 für das zentrale-versetzte Brückenanschlußstück 50 in 2 substituiert wird, Fluid zwischen benachbarten Fluidkomponenten 12, 16 und zwischen der oberen Substratschicht und der unteren Substratschicht kommunizieren.
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4A illustriert noch eine andere Ausbildung eines Brückenanschlußstücks, das als ein ”zentrales-zentrales” Brückenanschlußstücks 150 bezeichnet ist, da jede Öffnung 152, 154 ausgerichtet ist, um mit einer zentralen Öffnung einer Oberflächenmontage-Komponente zusammenzupassen. Gegenüberliegend jeder Öffnung 152, 154 sind zentrale Öffnungsausrichtungsbossen 64. Die linke Seite des Paß- bzw. Anschlußstücks hat ein T-Anschlußstück 156, das eine erste Öffnung 152 und eine zweite Öffnung 158 direkt gegenüberliegend der ersten Öffnung aufweist. So kommuniziert das zentrale-zentrale Brückenanschlußstück 150 Fluid zwischen der zentralen Öffnung einer Oberflächenmontage-Komponente, der zentralen Öffnung einer zweiten benachbarten Fluidkomponente und der Öffnung eines Verteilerbrückenanschlußstücks, das in der Verteilerschicht angeordnet ist. 4B illustriert auch ein zentrales-zentrales Brückenanschlußstück 153, jedoch hat die linke Seite des Anschlußstücks einen Ellbogen 155 anstelle eines T-Anschlußstücks. So kommuniziert das Brückenanschlußstück 153 Fluid von der Substratschicht zu der Verteilerschicht.
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5A illustriert eine alternative Ausbildung eines Verteilerbrückenanschlußstücks 160. Das Verteilerbrückenanschlußstück 160 umfaßt ein Ellenbogen-Anschlußstück 162, das mit einem Tee-Anschlußstück 164 verbunden ist, welches mit einem Ellbogen-Anschlußstück 166 verbunden ist. Das Verteilerbrückenanschlußstück umfaßt drei Öffnungen, die zur Fluidverbindung mit einer Öffnung eines Brückenanschlußstücks verbunden sind, das in der oberen Substratschicht angeordnet ist, wie eine Öffnung 134, einen nach unten schauenden Anschlußstücks 130, oder einer Blindöffnung 67 und eines zentralen-versetzten Anschlußstücks.
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5B illustriert ein Ende einer alternativen Ausbildung eines Brückenanschlußstücks 167. Das Brückenanschlußstück 167 umfaßt einen ersten Vorsprung 168, welcher sich von der Seitenwand des Gehäuses erstreckt. Der erste Vorsprung ist als ein Halbkreis ausgebildet bzw. geformt. Das Brückenanschlußstück 167 kann auch einen zweiten Vorsprung 169 umfassen, welcher sich von der Seitenwand des Gehäuses erstreckt, welcher ebenfalls als ein Halbkreis geformt, sein kann. Der erste und zweite Vorsprung 168, 169 können auch jede gewünschte Form beinhalten. Die Kanalblock-Seitenwand 38 umfaßt weiters Schlitze, die dimensioniert sind, um entweder den ersten Vorsprung, den zweiten Vorsprung oder beide (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die Schlitze sind in dem geeigneten Ort angeordnet, um die Öffnungen der Brückenanschlußstücke mit der geeigneten Öffnung der Oberflächenmontage-Komponente auszurichten. Die Vorsprünge gemeinsam mit den Schlitzen fungieren, um eine Fehlanordnung des Systems zu verhindern, ebenso wie das Brückenanschlußstück innerhalb des Kanals zurückzuhalten, wenn es in einer vertikalen Ausrichtung montiert ist.
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6 illustriert eine unmittelbare Draufsicht auf eine Öffnung eines Brückenanschlußstücks. Um einen Standard-O-Ring innerhalb der Gegenbohrung zurückzuhalten, wenn das Brückenanschlußstück umgekehrt wird, kann der Durchmesser der Gegenbohrung geringfügig kleiner als der Durchmesser des O-Rings sein. Beispielsweise würde, wenn der Durchmesser des O-Rings 0,260 ist, der Durchmesser der Gegenbohrung etwa 0,244 sein. Eine andere Option ist in 9 gezeigt, wo die Gegenbohrung einen Winkel θ in dem Bereich von etwa 60 bis etwa 70 Grad aufweist. Beispielsweise würde, wenn der Durchmesser des O-Rings 0,260 ist, der Durchmesser der Gegenbohrung etwa 0,244 sein. So kann der Durchmesser der Gegenbohrung kleiner als der Standard-O-Ring sein, jedoch immer noch Raum für die Dichtung zum Fließen während der Kompression zur Verfügung stellen. Wie dies in 10 gezeigt ist, hat die Gegenbohrung ebene bzw. flache Seitenwände, die um einen Abstand L beabstandet sind, welcher kleiner als der Durchmesser der Dichtung ist. Beispielsweise könnte für eine standardmäßige 006 Dichtung, die etwa 0,260 Durchmesser aufweist, der Gegenbohrungs-Durchmesser 0,280 sein, während der Abstand L 0,244 ist. So quetschen bzw. klemmen die ebenen Seitenwände die Dichtung und halten sie, wenn das Brückenanschlußstück umgekehrt ist, während der nicht-ebene Abschnitt der Gegenbohrung es der Dichtung ermöglicht, darin zu fließen, wenn sich die Dichtung unter Druck befindet.
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Wie dies in 1–5 gezeigt ist, können die oben beschriebenen Brücken- und Verteileranschlußstücke bzw. -fittings aus zwei oder mehreren getrennten Komponenten bearbeitet bzw. gearbeitet sein und dann verschweißt oder anders miteinander verbunden sein. Alternativ können die Brückenanschlußstücke einstückig ausgebildet sein, indem eine Metallspritzgußform oder andere Techniken verwendet werden, die dem Fachmann bekannt sind. Es ist bevorzugt, daß die oben beschriebenen Brücken- und Verteileranschlußstücke aus rostfreiem Stahl, wie 316, bestehen und die Kanalblöcke 30, 90 aus Aluminium bestehen, obwohl jegliches andere Material, wie Aluminium, Kunststoff oder Metall für die Komponenten der Erfindung arbeiten würde.
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16A und 16B illustrieren einen Verbinderblock 171, welcher zum Verbinden von zwei Kanalblöcken 30 miteinander verwendet werden kann, während der Abstand der Oberflächenmontage-Komponenten beibehalten wird. Der Verbinderblock hat eine Mehrzahl von mit einem Gewinde versehenen bzw. Gewindelöchern 173, um Befestigungen zum Verbinden des entsprechenden Endes eines Kanalblocks 30 mit dem Verbinderblock 171 aufzunehmen. Der Verbinderblock 171 umfaßt weiters Gegenbohrungen 175, welche Befestigungen zum Montieren des Verbinderblocks auf einer Basisplatte (nicht gezeigt) aufnehmen.
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Wie dies in 2, 2A und 2B gezeigt ist, kann das modulare System 10 auch Endanschlußstücke 170 umfassen, welche ein Ellenbogen-Anschlußstück 172 beinhalten, das einen 90 Grad-Innendurchtritt aufweist, der mit einem Standardrohr-Anschlußstück 174 oder einem anderen geeigneten Anschlußstück zum Verbinden mit einer Fluidleitung verbunden ist. Das Endanschlußstück kann als ein Einlaßanschlußstück oder ein Auslaßanschlußstück verwendet werden, welches mit der Fluidleitung (nicht gezeigt) zusammenpaßt. So ist das Auslaß- oder Einlaßende des Ellbogen-Anschlußstücks mit dem entsprechenden Einlaß- oder Auslaßende einer Fluidkomponente verbunden. 2A und 2b illustrieren weiters Details der Endanschlußstücke und Verteilerblöcke, die ausgebildet sind, um zu verhindern, daß ein Drehmoment zu den Endanschlußstücken 170 übertragen wird, wenn das Verteilersystem zusammengebaut ist. Wie dies in 2A gezeigt ist, sind zwei rechteckige Platten 176 auf den Kanalblock verschweißt, welcher einen Schlitz zum Aufnehmen der ausgerichteten Abflachungen 178 einer Sechskantmutter ausbildet, wodurch die Mutter an einer Rotation gehindert wird. Alternativ kann der Schlitz einstückig, bzw. integral in dem Kanalblock ausgebildet sein. Wie dies in 2B gezeigt ist, hat das Endanschlußstück vorzugsweise eine Bosse bzw. Erhebung 180, die hinter der Sechskantmutter angeordnet ist. Die Bosse 180 hat Abflachungen bzw. flache Seiten 182, die an der Oberseite und dem Boden angeordnet sind, oder einen quadratischen Querschnitt, so daß eine Rotation der Bosse verhindert ist, wenn das Endanschlußstück in den Kanal eingesetzt ist. Die Bosse kann weiters in dem Kanal über eine nach unten verriegelnde Stange 183 eingesetzt sein.
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II. Modulares Fluß-Steuer- bzw. -Regelventil
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Ein normalerweise geschlossenes modulares Strömungs- bzw. Fluß-Steuer- bzw. -Regelventil 200 der vorliegenden Erfindung ist am besten in 12A und 12B gezeigt. Das Ventil 200 umfaßt einen Körper 220, der ein geflanschtes unteres Ende 222 mit einem oder mehreren Loch bzw. Löchern 224 zum Montieren des Ventils 200 auf einem Verteilerblock oder Substrat über Montagebolzen (nicht gezeigt) und ein oberes Ende zum Aufnehmen einer Kappe bzw. Abdeckung 250 aufweist. Vorzugsweise ist das geflanschte bzw. mit einem Flansch versehene, untere Ende 220 allgemein quadratisch in der Form und hat Abmessungen in der Größenordnung von etwa 2 Zoll mal 2 Zoll. Der Körper 220 umfaßt weiters einen Einlaßfluiddurchtritt 260, einen Auslaßfluiddurchtritt 280 und einen Belüftungsfluiddurchtritt 300. Der Körper 220 umfaßt weiters einen Innenhohlraum 320, der einen ersten schmalen bzw. engen Abschnitt 320a aufweist, welcher in Fluidverbindung mit dem Einlaßdurchtritt 260, dem Auslaßdurchtritt 280 und dem Belüftungsdurchtritt 300 ist.
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Ein T-förmiger Stößel 340 ist axial innerhalb des Hohlraums 320 angeordnet. Der Stößel 340 umfaßt weiters einen unteren Stößelabschnitt 360, welcher in dem ersten engen Abschnitt des Hohlraums 320a aufgenommen ist. Der Stößel 340 umfaßt weiters einen Betätigungskolben 400, der durch die Vergrößerung bzw. Verbreiterung der Breite des Stößels ausgebildet ist, welcher in einem zweiten Abschnitt 320b größeren Durchmessers des Hohlraums aufgenommen ist. Der Stößel ist in die geschlossene Position durch die nach unten gerichtete Kraft einer Feder 420 vorgespannt bzw. beaufschlagt. Die Feder 420 ist in einer Nut bzw. Rille 370 der oberen Oberfläche 380 des Kolbens 400 und in einer Innenoberfläche der Kappe 250 und um eine Hülse 425 der Kappe 250 aufgenommen. Der obere T-Querschnitt 350 des Stößels ist innerhalb der Hülse 425 der Kappe bzw. Abdeckung montiert bzw. angeordnet.
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Das Ventil 200 ist in der geschlossenen Position, wenn sich der Stößel 340 in seiner extremen unteren Position befindet, wie dies in 12A gezeigt ist. Das Ventil ist in der offenen Position, wenn sich der Stößel an seiner extremen oberen Position befindet, wie sie in 12B gezeigt ist. Wenn sich das Ventil in der geschlossenen Position befindet, ist eine Fluidverbindung von dem Fluideinlaßdurchtritt 260 durch O-Ringe 500 blockiert, die gegen die Hohlraumwand 330 sitzen bzw. angeordnet sind. Wenn sich das Ventil in der offenen Position befindet, sind der Einlaßdurchtritt 260, der Auslaßdurchtritt 280 und ein erstes Fluidabteil 540 alle in Fluidkommunikation bzw. -verbindung. Das erste Fluidabteil 540 ist durch den Ring zwischen dem unteren Stößelabschnitt 360 und der inneren Hohlraumwand 320 von der unteren Oberfläche des Hohlraums 330 zu dem zweiten O-Ring 430 ausgebildet.
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Das innere Stell- bzw. Betätigungsglied des Ventils 200 umfaßt den Kolben 400 und ein Betätigungsfluidabteil 440. Das Betätigungsfluidabteil 440 ist durch den Ring zwischen dem Stößel 340 und der inneren Hohlraumwand 320 von dem dritten O-Ring 460 zu dem vierten O-Ring 480 ausgebildet. Der Stößel 340 umfaßt weiters eine innere Längsbohrung 600, die mit einem radialen Durchtritt 620 verbunden ist, sodaß Fluid durch den Stößel 340 und in das Betätigungsfluidabteil 440 kommunizieren kann. Wenn eine externe Quelle an pneumatischem Druck durch eine Innenbohrung 230 der Abdeckung 250 zu dem Innendurchtritt 600 zugeführt wird, wird Fluid zu dem radialen Durchtritt 620 und zu dem Betätigungsfluidabteil 440 kommuniziert bzw. geleitet, was in einem pneumatischen Druck resultiert, der auf die untere Oberfläche 640 des Betätigungskolbens 400 so aufgebracht bzw. angelegt wird, daß die nach unten gerichtete Kraft der Feder 420 überwunden wird, wobei der Stößel zu der offenen Position angehoben wird. Wenn sich das Ventil in der offenen Position befindet, kann Fluid von dem Einlaßdurchtritt 260 zu dem Auslaßdurchtritt 280 kommunizieren bzw. strömen.
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Der Ventilkörper 200 umfaßt weiters ein Belüftungsabteil 302, das durch den Ring zwischen dem Stößel und der Innenoberfläche 320a des Hohlraums von dem zweiten O-Ring 430 zu dem dritten O-Ring 460 gebildet ist. Ein Belüftungsdurchtritt 300 stellt eine Fluidverbindung von dem Belüftungsabteil bzw. -raum zu einer Umgebung außerhalb des Durchtritts zur Verfügung.
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Eine zweite Ausbildung eines modularen Oberflächenmontage-Ventils, das eine normalerweise offene Konfiguration aufweist, ist in 13A und 13B gezeigt. Das Ventil 205 ist dasselbe wie das Ventil 200 mit der Ausnahme der folgenden Unterschiede. Die Form des Stößels 314 wurde geringfügig verändert, um einem großen ”T” im Gegensatz zu einem kleinen ”t” zu ähneln und umfaßt weiters einen Hohlraum entlang der oberen Oberfläche des T. Die Hülse 425 der Kappe 250 wurde eliminiert und die Feder 420 wurde neu zwischen der unteren Wand 320c des Hohlraums 320 und der unteren Oberfläche 640 des Stößels 340 angeordnet. Die Feder 420 spannt den Stößel 340 in die normalerweise offene Position vor. Um das Ventil 205 zu betätigen, wird eine externe Quelle an pneumatischem Druck durch die Innenbohrung 230 der Abdeckung 250 zu dem Hohlraum 207 zugeführt, der auf der oberen Oberfläche des Stößels angeordnet ist, was darin resultiert, daß ein pneumatischer Druck auf die obere Oberfläche des Betätigungskolbens so aufgebracht wird, daß die Kraft der Feder 420 überwunden wird, was den Stößel in die geschlossene Position drückt, wie dies in 13A gezeigt ist. Wenn die Zufuhr des pneumatischen Drucks abgeschaltet wird, kehrt das Ventil in seine normalerweise offene Position zurück, wie dies in 13B gezeigt ist, und Fluid kann von dem Einlaßdurchtritt 260 zu dem Auslaßdurchtritt 280 kommunizieren.
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III. Modulares Oberflächenmontage-Absperrventil
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Eine zweite Ausbildung eines modularen Oberflächen-Montageventils ist in 14 gezeigt. Das Rückschlag- bzw. Absperrventil 700 beinhaltet einen Körper 702, der ein mit einem Flansch versehenes unteres Ende 704 mit Montagelöchern 706 zum Aufnehmen von Befestigungselementen (nicht gezeigt) zum Sichern des Ventilkörpers an einem modularen Oberflächen-Montageverteiler (nicht gezeigt) aufweist. Der Ventilkörper 702 beinhaltet einen axial ausgerichteten bzw. orientierten Einlaßdurchtritt 710 und einen versetzten Auslaßdurchtritt 712. Der Ventilkörper 702 beinhaltet weiters eine innere axial ausgerichtete Bohrung 720, welche in Fluidverbindung mit dem Einlaßdurchtritt 710 und dem Auslaßdurchtritt 712 ist, wenn sich das Ventil in der offenen Position befindet, wie dies unten in größerem Detail beschrieben werden wird.
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Der Ventilkörper 702 beinhaltet weiters einen oberen Montageflansch 708, der um die Öffnung der inneren Bohrung 720 angeordnet ist, um ein aufzunehmendes Ende 730 einer Kappe 732 aufzunehmen. Das aufzunehmende Ende der Kappe und die Innenbohrungswand sind in einer gedichteten Beziehung, wie durch geeignete Gewinde miteinander verbunden. Ein O-Ring oder eine Dichtung 740 ist vorzugsweise in einer Nut 742 des aufzunehmenden Endes der Kappe zum Abdichten eines Eingriffs mit der inneren Bohrungswand 720 montiert.
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Die Ventilkörper-Innenbohrung
720 hat eine quer verlaufende ebene bzw. planare Wand, die einen Ventilsitz
744 ausbildet. Eine Ventilkammer
750 ist durch den Ventilsitz
744 und den unteren Endabschnitt des aufzunehmenden Endes der Kappe
732 definiert. Innerhalb der Ventilkammer
750 montiert für eine Wechselwirkung mit dem Ventilsitz
744 ist ein Teller
760. Der Teller
760 ist vorzugsweise ein planares Scheibenelement. Der Teller
760 ist in Eingriff mit dem Ventilsitz
744 über eine Feder
780 vorgespannt, welche durch einen Telleranschlag
782 wirkt. Der Telleranschlag
782 beinhaltet einen äußeren ringförmigen Randabschnitt, welcher einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist. Ein Ende
784 der Schraubenfeder
780 ist an dem äußeren ringförmigen Randabschnitt des Telleranschlags
782 festgelegt bzw. montiert, während das zweite Ende
786 innerhalb der Bohrung der Abdeckung bzw. Kappe montiert ist. Der Teller und der Telleranschlag können die Teller- und Telleranschlag-Ausbildungen aufweisen, die im
US-Patent Nr. 4,637,430 beschrieben sind, dessen Gesamtheit hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Das Ventil ist bzw. wird von der geschlossenen Position, wie sie in 14 gezeigt ist, zu der offenen Position bewegt, wenn der höhere Fluiddruck die Kraft der Feder 780 überwindet. Die vertikale Bewegung des Tellers 760 ist durch den Eingriff des Telleranschlags 782 mit dem aufzunehmenden Ende 735 der Kappe 732 begrenzt, wodurch ein Anschlag ausgebildet wird.
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Die bevorzugte Form der Ventile und des Verteilersystems der Erfindung wurde gezeigt und oben beschrieben. Jedoch, mit der vorliegenden Offenbarung im Gedächtnis, wird angenommen, daß offensichtliche Änderungen an den bevorzugten Ausbildungen zum Erreichen vergleichbarer Merkmale und Vorteile in anderen Ausbildungen dem Fachmann ersichtlich sein werden.
