DE112005000408T5

DE112005000408T5 - Ventil mit Beschichtung mit geringer Reibung

Info

Publication number: DE112005000408T5
Application number: DE112005000408T
Authority: DE
Inventors: James E. Douglas Usowicz; Theodore D. Milton Ciolkosz; Marc Whitinsville Lemelin
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2007-01-18
Also published as: WO2005093300A1; US8281812B2; JP2007526974A; US20080258094A1; GB0615342D0; JP4768709B2; GB2439157B; GB2439157A

Abstract

Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid, umfassend:
a. einen Rotor, der ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche aufweist, wobei die Rotorlastlagerfläche eine stationäre Lastlagerfläche abdichtend in Eingriff nimmt, wobei der Rotor dazu geeignet ist, durch Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen;
b. wenigstens einen Stator, der eine stationäre Lastlagerfläche aufweist, die ein Statoxfluidkommunikationsmittel aufweist, wobei die stationäre Lastlagerfläche abdichtend die Rotorlastlagerfläche in Eingriff nimmt und die Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators ermöglicht, wobei in der ersten Position das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorkommunikationsmittel den Fluss von Fluid verhindern, und in der zweiten Position das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid ermöglichen, wobei wenigstens die Rotorlastlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aufweist/aufweisen;
c. ein Kompressionsmittel zum Halten des wenigstens einen Stators und des Rotors, wobei die Rotorlastlagerfläche und die stationäre Lastlagerfläche in abdichtender In-Eingriffnahme stehen, und wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung eine...

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/550,782, die am 5. März 2004 angemeldet worden ist. Auf den Inhalt dieser Anmeldung wird hiermit Bezug genommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Ventile und insbesondere Hochdruckventile, die bei Instrumenten für die chemische Analyse verwendet werden, in denen derartige Ventile wiederholten Öffnungs- und Schließzyklen und aggressiven Lösungsmitteln ausgesetzt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft beaufschlagte Ventile mit beweglichen Teilen bzw. Ventile mit beweglichen Teilen unter einer Last. Diese Teile müssen oftmals die Fluidintegrität aufrechterhalten, d.h. derartige Teile sollten keine Fluidlecke aufweisen. Wenn das Ventil jedoch zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zyklisch hin und herbewegt bzw. geschaltet wird, dann führt die auf die bewegenden Teile wirkende Last bzw. Beaufschlagung zu einem Verschleiß. Die Last auf bewegende bzw. bewegliche Teile, üblicherweise ein Stator und ein Rotor, eines Ventils, das in analytischen Instrumenten verwendet wird, kann bedeutend sein. Analytische Instrumente, wie beispielsweise Hochleistungschromatographiepumpen (HPLC-Pumpen), werden üblicherweise bei Drücken von bis zu 3000 Pfund pro Quadratzoll (pounds per square inch; psi) betrieben. Es gibt ein enormes Interesse dafür, bei sogar noch höheren Drücken zu arbeiten. Der Begriff „ultra" wird hier verwendet, um Drücke oberhalb von ungefähr 4000 psi zu bezeichnen. Es gibt jedoch zahlreiche fluidische Komponenten, die bei niedrigen Drücken von 100 psi bis wenigen 100 psi arbeiten, die eine große Anzahl von Zyklen aufweisen.
Wenn sich der Druck des Systems erhöht, dann vergrößert sich der Verschleiß der bewegenden Teile des Ventils und die in Zyklengemessene Lebensdauer des Ventils verringert sich. Ein herkömmliches Ventil weist bei diesen Ultradrücken lediglich eine Lebensdauer von 150000 Zyklen auf.
Es wäre wünschenswert, Ventile zu haben, die dazu geeignet sind bei höheren Drücken zu arbeiten bzw. betrieben zu werden, und eine Lebensdauer von mehr als 150000 Zyklen aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid bereit. Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid umfasst einen Rotor, einen Stator und ein Kompressionsmittel. Der Rotor weist ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche auf. Die Rotorlastlagerfläche nimmt dichtend eine stationäre Lastlagerfläche in Eingriff. Der Rotor ist dazu geeignet, mittels Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen. Der Stator weist eine stationäre Lastlagerfläche auf, die ein Statorfluidkommunikationsmittel aufweist. Die stationäre Lastlagerfläche nimmt die Rotorlastlagerfläche dichtend in Eingriff und ermöglicht eine Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators. Die Rotation des Rotors stellt eine erste Position bereit, in der das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid verhindern, sowie eine zweite Position, in der das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid ermöglichen. Wenigstens die Rotorlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche weist bzw. weisen eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung (diamond like carbon-silica coating) auf. Ein Kompressionsmittel hält den Stator und den Rotor. Der Stator und der Rotor werden gehalten, wobei die Rotorlastlagerfläche und die stationäre Lastlagerfläche in dichtender In-Eingriffnahme stehen. Die diamantartige Kohlenstoff Silica-Beschichtung weist eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte auf, was eine wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht.
In der Tat sind Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung für mehr als 900000 Zyklen geeignet. Die Anzahl von Zyklen übersteigt die Anzahl von bisher erreichten Zyklen mit Ventilen ohne eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung um einen Faktor von 6. Diese Ergebnisse sind überraschend und unerwartet.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kompressionsmittel um ein Gehäuse. Ein übliches Ventilgehäuse weist eine Kammer für die Aufnahme des Rotors und ein Mittel zum Halten wenigstens eines Stators auf. Mittel zum Halten des Stators sind bekannt und können Klammern, Schrauben und zusammenwirkende Gewinden auf dem Stator und dem Gehäuse umfassen.
Das Statorfluidkommunikationsmittel kann wenigstens eine Statoröffnung in dem Stator umfassen. Die Statoröffnung ist in fluider Kommunikation mit einer Leitung angeordnet. Vorzugsweise weist der Stator zwei Statoröffnungen auf, wobei eine in Kommunikation mit einer Einlassleitung steht und eine in Kommunikation mit einer Auslassleitung steht. Alternativ kann das Gehäuse eine Öffnung für die Anordnung von Fluid in Kommunikation mit einer Leitung und dem Rotorfluidkommunikationsmittel aufweisen. Das Rotorfluidkommunikationsmittel umfasst wenigstens eine Öffnung sowie einen oder mehrere Kanäle, um zwei oder mehr Statoröffnungen in fluider Kommunikation anzuordnen.
Vorzugsweise besteht die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aus 40–90% Kohlenstoff, 20–40% Wasserstoff und 0,01–5% Silica-Kohlenstoff und bevorzugter aus 50–80% Kohlenstoff, 25–35% Wasserstoff und 0,1–5% Silica-Kohlenstoff. Eine bevorzugte diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung ist die DLC-Beschichtung, die von der Firma Morgan Advanced Ceramics, Inc. (Allentown, Pennsylvania, USA) vertrieben wird.
Vorzugsweise besteht/bestehen wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus einem Material, das ausgewählt ist aus Polyetheretherketon, Tetrafluoroethelen, Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen, Edelstahl, Titan und Aluminium. Bevorzugte Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen weisen 50–90% Polyetheretherketon und 10–50% Tetrafluoroethelen auf. Weiter bevorzugt weisen die Kombinationen 60–80% Polyetheretherketon und 20–40% Tetrafluoroethelen auf.
Vorzugsweise besteht/bestehen wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus Edelstahl, Titan und Aluminium und wenigstens der Rotor und/oder der Stator besteht/bestehen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen und Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen. Der Rotor und der Stator, die aus Edelstahl, Titan und Aluminium bestehen, weisen vorzugsweise die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung auf.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern des Flusses von Fluid. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Vorrichtung, die einen Rotor, wenigstens einen Stator und ein Kompressionsmittel aufweist. Der Rotor weist ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche auf, wobei die Rotorlastlagerfläche dichtend eine stationäre Lastlagerfläche in Eingriff nimmt. Der Rotor ist dazu geeignet, eine erste Position und eine zweite Position durch Rotation einzunehmen. Der Stator weist eine stationäre Lastlagerfläche auf, die ein Statorfluidkommunikationsmittel aufweist. Die stationäre Lastlagerfläche nimmt dichtend die Rotorlastlagerfläche in Eingriff und ermöglicht die Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators. Wenn sich der Rotor in der ersten Position befindet, verhindern das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid. Wenn sich der Rotor in der zweiten Position befindet, dann ermöglichen das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid. Wenigstens die Rotorlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche weist/weisen eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung (diamond-like carbon-silica coating) auf. Das Kompressionsmittel hält den Stator und den Rotor, wobei die Rotorlastlagerfläche und die stationäre Lastlagerfläche in abdichtender In-Eingriffnahme stehen. Die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung verleiht der Oberfläche eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte, auf die diese aufgebracht ist, was die wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Rotierens des Rotors aus der ersten Position bzw. der zweiten Position in die andere Position, um den Fluss von Fluid zu steuern.
Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung ermöglichen, dass eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid, d.h. ein Ventil, 300000–900000mal oder mehr hin und her bewegt wird. Diese und andere Merkmale und Vorteile ergeben sich dem Fachmann beim Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Vorrichtung in Explosionsdarstellung, die Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.
2 zeigt einen Rotor, der Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.
3 zeigt einen Stator, der Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail hinsichtlich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Merkmale der vorliegenden Erfindung ebenfalls in anderen Vorrichtungen angewendet werden können. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden Anwendung bei beweglichen Teilen in jedweder Vorrichtung, bei der ein Fluid unter Druck in einem Behältnis gehalten werden muss.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet ist, in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung 11 umfasst einen Rotor 13, einen Stator 15 und ein Kompressionsmittel 17.
Wie sich dies am besten 2 entnehmen lässt, weist der Rotor 13 ein Rotorfluidkommunikationsmittel in der Form eines Kanals 21 und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche 23 auf. Die Rotorlastlagerfläche 23 nimmt abdichtend eine stationäre Lastlagerfläche 25 in Eingriff, die nachstehend hinsichtlich des Stators 15 beschrieben wird. Der Rotor 13 ist dazu geeignet, durch Rotation hinsichtlich des Stators 15 eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen. Der Rotor 13 weist eine kreisförmige Wand 27 auf, die als eine Lagerfläche dient. Der Rotor weist eine elliptische Rille bzw. Nut 29 auf. Die elliptische Rille 29 kooperiert mit dem Signalstift 31. Der Signalstift 31 weist einen Finger 33 auf, der sich in der elliptischen Rille 29 bewegt. Der Signalstift 31 steht von dem Stator 15 ab oder ist in Richtung des Stators 15 eingezogen, und zwar je nach der Position des Rotors 13.
Wie sich dies den 1 und 3 entnehmen lässt, weist der Stator 15 eine stationäre Lastlagerfläche 25 auf, die ein Statorfluidkommunikationsmittel in der Form von zwei Öffnungen 39a und 39b aufweist. Die stationäre Lastlagerfläche 25 nimmt abdichtend die Rotorlastlagerfläche 23 in Eingriff und ermöglicht die Rotation des Rotors 13 hinsichtlich des Stators 15.
Der Stator 15 weist einen Stiftkanal 41a auf, um den Signalstift 31 zu halten und gleitend in Eingriff zu nehmen. Ein Lagerkanal 41b umkreist die stationäre Lastlagerfläche 25, um das Ausrichten des Rotors 13 zu erleichtern.
Die Rotation des Rotors 13 liefert eine erste Position, in der das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid verhindern. Eine Rotation des Rotors liefert eine zweite Position, in der das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid ermöglichen. Mit anderen Worten: in einer Position ist der Kanal 21 in fluider Kommunikation mit den Öffnungen 39a und 39b des Stators 15 ausgerichtet und in einer Position ist der Kanal nicht mit einer oder mehreren der Öffnungen 39a und 39b ausgerichtet. Selbstverständlich wird der Fachmann erkennen, dass die Ventile dann zwei Positionen aufweisen können. Die Begriffe „erste Position" und „zweite Position" werden so verwendet, dass diese jedwede Zahl umfassen können, die größer als 1 ist.
Alternativ kann der Rotor 13 eine oder mehrere Öffnungen (nicht dargestellt) aufweisen, die mit einer oder mehreren Öffnungen in dem Stator 15 zusammenwirken, wie beispielsweise den Öffnungen 39a und 39b. In dieser Ausführungsform wird ein zweiter Stator (nicht dargestellt) verwendet, um mit den Öffnungen in dem Rotor zusammenzuwirken. Dieser zweite Stator weist weitere Öffnungen in der Art des Stators 15 oder einen oder mehrere Kanäle in der An des Rotors 13 auf.
Der Stator 15 und der Rotor 13 werden derart gehalten, dass die Rotorlastlagerfläche 23 und die stationäre Lastlagerfläche 25 in abdichtender In-Eingriffnahme stehen. Wenigstens die Rotorlastlagerfläche 23 und/oder die Statorlastlagerfläche 25 weist/weisen eine diamantartige Kohlenstoff Silica-Beschichtung (diamond-like carbon silica coating) auf. Die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung verleiht eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte, was die wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht.
Vorzugsweise besteht die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aus 40–90% Kohlenstoff, 20–40% Wasserstoff und 0,01–5% Silica-Kohlenstoff und bevorzugter aus 50–80% Kohlenstoff, 25–35% Wasserstoff und 0,1–5% Silica-Kohlenstoff.
Eine bevorzugte diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung ist eine DLC-Beschichtung, die von der Firma Morgan Advanced Ceramics, Inc. (Allentown, Pennsylvania, USA) vertrieben wird. Diamantartige Kohlenstoff Silica-Beschichtungen und Verfahren zum Aufbringen derartiger Beschichtungen auf eine Oberfläche, wie beispielsweise die stationäre Lastlagerfläche 25 und die Rotorlastlagerfläche 23, werden in den folgenden US-Patentschriften beschrieben: 4,382,100, 5,135,808, 5,190,807, 5,268,217, 5,506,038, 5,508,092, 5,508,368, 5,527,596, 5,618,619, 5,635,245, 5,643,423, 5,653,812, 5,679,413 und 5,844,225.
Vorzugsweise besteht/bestehen wenigstens der Rotor 13 und/oder der Stator 15 aus einem Material, das ausgewählt ist aus Polyetheretherketon, Tetrafluoroethelen, Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen, Edelstahl, Titan und Aluminium. Bevorzugte Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen weisen 50–90% Polyetheretherketon und 10–50% Tetrafluoroethelen auf. Weiter bevorzugt weisen die Kombinationen 60–80% Polyetheretherketon und 20–40% Tetrafluoroethelen auf.
Vorzugsweise besteht/bestehen wenigstens der Rotor 13 und/oder der Stator 15 aus Edelstahl, Titan und Aluminium und wenigstens der Rotor 13 und/oder der Stator 15 besteht/bestehen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen und Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen. Der Rotor 13 und der Stator 15, die aus Edelstahl, Titan und Aluminium bestehen, weisen vorzugsweise die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung auf. Wie dargestellt, besteht der Rotor 13 aus Edelstahl und die Rotorlagerfläche 23 weist eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung auf.
Um das Drehen des Rotors 13 in die erste Position und/oder die zweite Position zu erleichtern, ist der Rotor 13 mit einer Welle 55 verbunden oder mit dieser über ein Gestänge verbunden. Die Rotation der Welle 55 führt zu einer entsprechenden Rotation des Rotors 13. Bei einer typischen Applikation der Vorrichtung 11 ist die Welle 55 an einen Motor (nicht dargestellt) gekoppelt.
Das Kompressionsmittel 17 zum Halten des Stators 15 und des Rotors 13 umfasst ein Gehäuse 61a und 61b, das Rotorlager 63, das Rotorrad 65, die Feder 67 und die Lageranordnung 69.
Das Gehäuse 61a und 61b weist eine untere Gehäuseeinheit 61a und eine obere Gehäuseeinheit 61b auf. Die untere Gehäuseeinheit 61a nimmt den Stator 15 auf und ist durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Schrauben 71 oder Stifte (nicht dargestellt), Klammern (nicht dargestellt) oder andere geeignete Haltevorrichtungen befestigt. Die untere Gehäuseeinheit 61a und der Stator 15 können als eine einstückige Struktur ausgebildet sein. Die untere Gehäuseeinheit 61a weist Vorsprünge 73a und 73b auf, die sich von einer flachen ebenen Fläche 75 erstrecken. Die Vorsprünge 73a und 73b stellen Raum bereit, um andere Teile des Kompressionsmittels 17 unterzubringen.
Die untere Gehäuseeinheit 61a weist eine Lageröffnung 77 auf, um das Rotorlager 63 aufzunehmen. Das Rotorlager 63 weist eine Rotoröffnung 79 auf. Der Rotor 13 wird in der Rotoröffnung 79 in dem Rotorlager 63 gehalten und das Rotorlager 63 wird in der Lageröffnung 77 gehalten, was es dem Rotor 13 ermöglicht, innerhalb des unteren Gehäuses 61a zu rotieren. Der Rotor 13 und das Rotorlager 63 sind in dem Lagerkanal 41 des Stators 15 verschachtelt, um eine Positionierung des Rotors 13 zu erleichtern.
Das Rotorrad 65 ist mit dem Rotor 13 verkeilt und ist im zusammengebauten Zustand sichtbar und für eine manuelle Manipulation geeignet, wobei dieses durch einen Raum zwischen den Vorsprüngen 73a und 73b der unteren Gehäuseeinheit 61a vorsteht. Das Rotorrad 65 stellt Mittel für das manuelle Drehen des Rotors 13 bereit und stellt Mittel zum Anbringen von optischen Markierungen (nicht dargestellt) bereit, die von optischen Sensoren (nicht dargestellt) in Kommunikation mit Computermitteln (nicht dargestellt) ausgelesen werden.
Die Feder 67 spannt den Rotor 13, das Rotorrad 65 gegen den Stator 15 vor. Die Feder 67 ist um die Rotorwelle 55 angeordnet und wird beim Zusammenbau durch die Lageranordnung 69 komprimiert. Der Wellenrückhalteclip 81 hält die Welle 55 innerhalb der oberen Gehäuseeinheit 61b zurück. Die obere Gehäuseeinheit 61b ist an die untere Gehäuseeinheit 61a befestigt, und zwar Mittels Schrauben 83 oder Stiften, Klemmen oder anderer geeigneter Mittel.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern des Flusses von Fluid. Dieses Verfahren wird hinsichtlich der Arbeitsweise der Vorrichtung 11 beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Vorrichtung, die einen Rotor 13, wenigstens einen Stator 15 und ein Kompressionsmittel 17 aufweist. Der Rotor 13 weist einen Kanal 21 und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche 23 auf, wobei die Rotorlastlagerfläche dichtend eine stationäre Lastlagerfläche 25 in Eingriff nimmt. Der Rotor 13 ist dazu geeignet, durch Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen. Der Stator 15 weist eine stationäre Lastlagerfläche 25 auf, die Öffnungen 39a und 39b aufweist. Die stationäre Lastlagerfläche 25 nimmt dichtend die Rotorlastlagerfläche 23 in Eingriff. Der Rotor 13 weist durch Rotation wenigstens zwei Öffnungen auf. Wenn sich der Rotor in der ersten Position befindet, dann sind der Kanal 23 und die Öffnungen 39a und 39b nicht ausgerichtet und verhindern den Fluss von Fluid. Wenn sich der Rotor in der zweiten Position befindet, dann sind der Kanal 21 und die Öffnungen 39a und 39b ausgerichtet und ermöglichen den Fluss von Fluid.
Wenigstens die Rotorlagerfläche 23 und/oder die Statorlastlagerfläche 25 weist/weisen eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung auf. Das Kompressionsmittel hält den Stator 15 und den Rotor 13 derart, dass die Rotorlastlagerfläche 23 und die stationäre Lastlagerfläche 25 in abdichtender In-Eingriffnahme stehen. Die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung verleiht der Oberfläche, auf die diese aufgebracht ist, eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte, was die wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Rotierens des Rotors 13 aus der ersten Position bzw. der zweiten Position in die andere Position, um den Fluss von Fluid zu steuern.
Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung ermöglichen, dass eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid, d.h. ein Ventil, 300000–900000mal oder mehr hin und her bewegt wird. In der Tat sind Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung für mehr als 900000 Zyklen geeignet. Die Anzahl der Zyklen übersteigt die Anzahl der bisher mit Ventilen ohne eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung erreichten Zyklen um einen Faktor von 6. Diese Ergebnisse sind überraschend und unerwartet.
Vorstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit dem Verständnis beschrieben worden, dass es sich bei der Beschreibung um eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der besten Art und Weise zum Herstellen und Verwenden der vorliegenden Erfindung handelt. Der Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebenen Merkmale weiter modifiziert und abgeändert werden können und dass daher die vorliegende Erfindung nicht derart be schränkt werden sollte, sondern den Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche umfassen sollte.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid. Eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid umfasst einen Rotor, einen Stator und ein Kompressionsmittel. Der Rotor weist ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche auf. Die Rotorlastlagerfläche nimmt abdichtend eine stationäre Lastlagerfläche in Eingriff. Der Rotor ist dazu geeignet, durch Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen. Der Stator weist eine stationäre Lastlagerfläche auf, die ein Statorfluidkommunikationsmittel aufweist. Die stationäre Lastlagerfläche nimmt die Rotorlastlagerfläche abdichtend in Eingriff und erlaubt die Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators. Wenigstens die Rotorlastlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche weist/weisen eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung auf.

Claims

Vorrichtung zum Steuern des Flusses von Fluid, umfassend: a. einen Rotor, der ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche aufweist, wobei die Rotorlastlagerfläche eine stationäre Lastlagerfläche abdichtend in Eingriff nimmt, wobei der Rotor dazu geeignet ist, durch Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen; b. wenigstens einen Stator, der eine stationäre Lastlagerfläche aufweist, die ein Statoxfluidkommunikationsmittel aufweist, wobei die stationäre Lastlagerfläche abdichtend die Rotorlastlagerfläche in Eingriff nimmt und die Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators ermöglicht, wobei in der ersten Position das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorkommunikationsmittel den Fluss von Fluid verhindern, und in der zweiten Position das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid ermöglichen, wobei wenigstens die Rotorlastlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aufweist/aufweisen; c. ein Kompressionsmittel zum Halten des wenigstens einen Stators und des Rotors, wobei die Rotorlastlagerfläche und die stationäre Lastlagerfläche in abdichtender In-Eingriffnahme stehen, und wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte bereit stellt, was die wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kompressionsmittel ein Gehäuse ist, wobei das Gehäuse eine Kammer für die Aufnahme des Rotors und ein Mittel zum Halten des wenigstens einen Stators aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Statorfluidkommunikationsmittel wenigstens eine Statoröffnung in dem Stator ist, wobei die wenigstens eine Statoröffnung ausgestaltet ist, in fluider Kommunikation mit einer Leitung angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Rotorfluidkommunikationsmittel wenigstens eine Öffnung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Rotorfluidkommunikationsmittel einen Kanal umfasst, um zwei oder mehr Statoröffnungen in fluider Kommunikation anzuordnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aus 40–90% Kohlenstoff, 20–40% Wasserstoff und 0,0–5% Silica-Kohlenstoff besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung eine DLC-Beschichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus einem Material besteht/bestehen, ausgewählt aus Polyetheretherketon, Tetrafluoroethelen, Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen, Edelstahl, Titan und Aluminium.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kombination aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen 50–90% Polyetheretherketon und 10–50% Tetrafluoroethelen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kombination aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen 60–80% Polyetheretherketon und 20–40% Tetrafluoroethelen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus Edelstahl, Titan und Aluminium besteht/bestehen und wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen und Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen besteht/bestehen, wobei der Rotor und der Stator aus Edelstahl, Titan und Aluminium bestehen, die die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aufweisen.
Verfahren zum Steuern des Flusses von Fluid, die folgenden Schritte umfassend: Bereitstellen einer Vorrichtung, die einen Rotor, wenigstens einen Stator und ein Kompressionsmittel aufweist, wobei der Rotor ein Rotorfluidkommunikationsmittel und wenigstens eine Rotorlastlagerfläche aufweist, wobei die Rotorlastlagerfläche eine stationäre Lastlagerfläche abdichtend in Eingriff nimmt, wobei der Rotor dazu geeignet ist, durch Rotation eine erste Position und eine zweite Position einzunehmen; und wobei der wenigstens eine Stator eine stationäre Lastlagerfläche aufweist, die ein Statorfluidkommunikationsmittel aufweist, wobei die stationäre Lastlagerfläche dichtend die Rotorlastlagerfläche in Eingriff nimmt und die Rotation des Rotors hinsichtlich des Stators ermöglicht, wobei in der ersten Position das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid verhindern, und in der zweiten Position, das Rotorfluidkommunikationsmittel und das Statorfluidkommunikationsmittel den Fluss von Fluid ermöglichen; wobei wenigstens die Rotorlastlagerfläche und/oder die Statorlastlagerfläche eine diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aufweist/aufweisen; und das Kompressionsmittel zum Halten des wenigstens einen Stators und des Rotors, wobei die Rotorlastlagerfläche und die stationäre Lastlagerfläche in dichtender In-Eingriffnahme stehen und wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung eine geringe Reibung und eine gesteigerte Härte verleiht, was eine wiederholte Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Position ermöglicht; Rotieren des Rotors aus der ersten Position bzw. der zweiten Position in die andere Position, um den Fluss von Fluid zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kompressionsmittel ein Gehäuse ist, wobei das Gehäuse eine Kammer für die Aufnahme des Rotors und ein Mittel zum Halten des wenigstens einen Stators aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Statorfluidkommunikationsmittel wenigstens eine Statoröffnung in dem Stator ist, wobei die wenigstens eine Statoröffnung ausgestaltet ist, in fluider Kommunikation mit einer Leitung angeordnet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Rotorfluidkommunikationsmittel wenigstens eine Öffnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Rotorfluidkommunikationsmittel einen Kanal umfasst, um zwei oder mehr Statoröffnungen in fluider Kommunikation anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung aus 40–90% Kohlenstoff, 20–40% Wasserstoff und 0,0–5% Silica-Kohlenstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die diamantartige Kohlenstoff-Silica-Beschichtung eine DLC-Beschichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus einem Material besteht/bestehen, ausgewählt aus Polyetheretherketon, Tetrafluoroethelen, Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen, Edelstahl, Titan und Aluminium.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Kombination aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen 50–90% Polyetheretherketon und 10–50% Tetrafluoroethelen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Kombination aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen 60–80% Polyetheretherketon und 20–40% Tetrafluoroethelen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus Edelstahl, Titan und Aluminium besteht/bestehen und wenigstens der Rotor und/oder der Stator aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen und Kombinationen aus Polyetheretherketon und Tetrafluoroethelen besteht/bestehen, wobei der Rotor und der Stator aus Edelstahl, Titan und Aluminium bestehen, die die diamantartige Kohlenstoff Silica-Beschichtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor zwei weitere Positionen einnehmen kann.