DE112005000428T5

DE112005000428T5 - Vorrichtung mit Dichtbeschichtungen für die Aufnahme und Abgabe von Fluid

Info

Publication number: DE112005000428T5
Application number: DE112005000428T
Authority: DE
Inventors: Theodore D. Milton Ciolkosz; Daniel J. Westford Mccormick; Charles Uxbridge Murphy; Joseph A. Walpole Luongo; Russell Sudbury Keene; Theodore Marion Dourdeville; David Upton Friswell; Peter Kirby; Mark Kingston Moeller
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
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: GB0619671D0; WO2005093256A1; JP4741575B2; DE112005000428B4; GB2430022A; GB2430022B; US20080020136A1; US7955059B2; JP2007526975A

Abstract

Vorrichtung zum Aufnehmen und Abgeben von Fluiden, umfassend:
a) ein erstes Gehäuse mit wenigstens einer Seitenwand, wobei die Seitenwand eine Innenseite aufweist, die wenigstens eine Kammer definiert, sowie wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe aufweist;
b) wenigstens eine Endkappe, wobei die Endkappe wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche aufweist und die erste Gehäuseanstoßfläche auf der Endkappenanstoßfläche positioniert ist, um die Kammer zu umgeben;
c) eine erste Dichtbeschichtung auf wenigstens der ersten Gehäuseanstoßfläche und/oder der Endkappenanstoßfläche, wobei die erste Dichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, der an der Anstoßfläche anhaftet;
d) Fluidpfadmittel für das Aufnehmen und das Entfernen von Fluid aus der Kammer; und
e) Kompressionsmittel, um die Endkappe, wobei die Endkappenanstoßfläche auf der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen ist, in Richtung des ersten Gehäuses zu komprimieren, um die erste Dichtbeschichtung zu deformieren und die Kammer abzudichten.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/550,972, die am 5. März 2004 eingereicht worden ist, sowie der Patentanmeldung Nr. 60/577,405, die am 4. Juni 2004 eingereicht worden ist. Auf den Inhalt dieser Anmeldungen wird hiermit Bezug genommen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen und ein Verfahren zum Verkuppeln oder Verbinden von Komponenten für die Aufnahme und die Abgabe von Fluiden. Vorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind, finden insbesondere bei Fittings, Ventilen und Rückschlagventilen Anwendung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Aufnahme und zur Abgabe von Fluiden. Vorrichtungen, die Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpern, umfassen beispielsweise, jedoch nicht beschränkend T-Stücke, Verbindungsstücke, Fittings, Ventile und Rückschlagventile. Diese Vorrichtungen sind manchmal "inline" zwischen zwei oder mehr Leitungen angeordnet, die in der Form eines Verbindungsstücks oder eines T-Stücks oder eines Ventils miteinander verbunden sind. Der Begriff „Verbindungsstück" (union) wird in dem Sinn des Verbindens oder des Zueinanderbringens verwendet. Ein „T-Stück" (tee) ist eine Form eines Fittings, in dem der Fluidfluss aufgeteilt oder kombiniert wird. Die Vorrichtungen sind manchmal Teil einer größeren Struktur, in der die Vorrichtung über Anschlüsse oder Öffnungen kommuniziert. Hier wird der Begriff „Fluidpfadmittel" verwendet, um alle Leitungen, Verrohrungen, Röhren, Öffnungen oder Anschlüsse zu bezeichnen, in denen Fluide befördert oder transportiert werden.
Der Begriff „Fitting" wird hier in seinem breitesten Sinne verwendet, um eine Vorrichtung zu bezeichnen, die in einer größeren Struktur, wie beispielsweise einer Pumpenanordnung oder in live angeordnet werden kann.
Der Begriff „Ventil" wird in seinem üblichen Sinne verwendet, um eine Vorrichtung zu bezeichnen, die den Fluidfluss in einer Leitung oder in einer Röhre stoppen kann. Ein Rückschlagventil ist ein besonderes Ventil, das den Fluidfluss lediglich in eine Richtung ermöglicht.
Herkömmliche Fittings und Ventile weisen typischerweise Dichtungsringe und Dichtungen auf, bei dem es sich um separate und getrennte Teile handelt. Diese Dichtungsringe und Dichtungen weisen eine Materialkriechdehnung (material creep), eine Kaltverstreckung (cold flow) und eine Relaxation auf. Mit anderen Worten, wenn der Fluiddruck fluktuiert, dann bewegen sich die Dichtungsringe. Diese Bewegung kann dazu führen, dass der Dichtungsring aus seiner ursprünglichen Position verrutscht, was zu einer Fehlfunktion des Dichtungsrings oder der Dichtung führt.
Diese Bewegung führt außerdem zu einem Rückschlag des Dichtungsrings, wenn der Druck entspannt wird, was zu einer möglichen Druckwelligkeit (pressure ripple) führt. Analytische Instrumente sind insbesondere empfindlich gegenüber dem Rückschlag und dem Druckwelligkeitseffekt.
Diese Probleme werden verschärft, wenn der Druck, der in derartigen Vorrichtungen vorherrscht, erhöht wird. Analytische Instrumente, wie beispielsweise Chromatographiepumpen und Detektoren, werden üblicherweise bei Drücken von bis zu 3000 bis 4000 Pfund pro Quadratzoll (psi) betrieben. Es ist wünschenswert, analytische Instrumente zur Verfügung zu haben, die bei höheren Drücken betrieben werden können, obgleich Fittings, Ventile und Rückschlagventile eine hohe Fehlfunktionsrate bei Drücken aufweisen, die größer als 3000 psi sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen und Verfahren zum Halten von Fluiden unter hohen Drücken. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Aufnahme und zur Abgabe von Fluiden bereit. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Gehäuse mit wenigstens einer Seitenwand. Die Seitenwand weist eine Innenseite auf, die wenigstens eine Kammer definiert, und weist wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe auf. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Endkappe auf, die wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche aufweist. Die erste Gehäuseanstoßfläche nimmt die Endkappenanstoßfläche auf, wodurch die Endkappe auf dem ersten Gehäuse positioniert wird, um die Kammer zu umschließen. Wenigstens die erste Gehäuseanstoßfläche und/oder die Endkappenanstoßfläche weist/weisen eine erste Dichtbeschichtung auf. Die erste Dichtbeschichtung umfasst einen verformbaren Kunststoff, der an der Anstoßfläche anhaftet. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Fluidpfadmittel für die Aufnahme und das Entfernen von Fluid in der Kammer bzw. aus der Kammer. Die Vorrichtung umfasst ferner Kompressionsmittel, um die Endkappe zu komprimieren, wobei die Endkappenanstoßfläche auf der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen wird, und zwar in Richtung des ersten Gehäuses, um die erste Dichtbeschichtung zu deformieren und die Kammer abzudichten.
Vorzugsweise ist die Dichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Der hierin verwendete Begriff „Fluidpfadmittel" bezeichnet Öffnungen, Anschlüsse, Leitungen und Röhren, die Fluid bereitstellen. Somit können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung inline angeordnet werden, wobei Fluidpfadmittel Leitungen und Röhren umfassen, oder diese können innerhalb des Gehäuses einer größeren Struktur enthalten sein, beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, ein Pumpenkopf oder ein Pumpengehäuse.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Endkappenanschlussfläche und/oder der Gehäuseanstoßfläche um einen Grat (ridge), um. Kompressionskräfte auf der Dichtbeschichtung zu lokalisieren. Bei dem Grat handelt es sich um einen verhältnismäßig schmalen Vorsprung, der für eine Berührung mit einer gegenüberliegenden Anstoßfläche geeignet ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind ideal für Fittings und Ventile geeignet. Wenn die Vorrichtung in der Form eines Ventils vorliegt, dann enthält die Kammer eine Ventilanordnung. Die Ventilanordnung kann Ventile des Rotationstyps, geschaltete Ventile oder Rückschlagventile umfassen.
Wenn die Vorrichtung in Form eines Rückschlagventils vorliegt, dann weist das erste Gehäuse wenigstens eine Endwand gegenüber der Endkappe auf. Das Fluidpfadmittel umfasst wenigstens eine Öffnung in der Endkappe und wenigstens eine Öffnung in der Endwand. Ferner hält die Kammer eine Ventilanordnung, die einen Kugelsitz und eine Kugel umfasst.
Vorzugsweise weist die Innenwand und/oder die Endkappe eine Kugelsitzanstoßfläche auf. Der Kugelsitz umfasst ferner einen Zylinder, der zwei Kanten bzw. Ränder und einen Fluiddurchgang aufweist. Wenigstens eine der Kanten weist eine Kugelaufnahmefläche für die In-Eingriffnahme der Kugel und das Verschließen des Fluiddurchgangs auf. Wenigstens eine der Kanten weist eine Kantenanstoßfläche für die In-Eingriffnahme der Kugelsitzanstoßfläche und das Abdichten des Kugelsitzes und des Gehäuses und/oder der Endkappe auf.
Vorzugsweise weist/weisen die Kugelsitzanstoßfläche und/oder die Kantenanstoßfläche eine Kugelsitzdichtbeschichtung auf. Vorzugsweise ist die Kugelsitzbeschichtung aus Materialien derart ausgebildet, wie dies vorstehend hinsichtlich der Dichtbeschichtung beschrieben worden ist.
Vorzugsweise weist die Endwand des ersten Gehäuses eine Innenseite und eine Außenseite und eine oder mehrere Endwandöffnungen auf. Die Außenseite weist eine Endwandanstoßfläche auf, die die eine oder die mehreren Endwandöffnungen umgibt. Vorzugsweise weist die Endwandanstoßfläche eine Endwanddichtbeschichtung auf, wobei die Endwanddichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, um abdichtbar eine angrenzende Wand in Eingriff zu nehmen. Vorzugsweise ist die Endwanddichtbeschichtung aus Materialien derart hergestellt, wie dies vorstehend hinsichtlich der Dichtbeschichtung beschrieben worden ist. Vorrichtungen dieses Typs sind gut dazu geeignet, in einer weiteren Hauptgehäusestruktur angebracht zu werden, die die angrenzende Wand aufweist. Beispielsweise, jedoch nicht be schränkend könnte die Endwanddichtbeschichtung die angrenzende Wand eines Pumpenkopfgehäuses in Eingriff nehmen. In dieser Ausführungsform weist vorzugsweise die angrenzende Wand eine angrenzende Wandöffnung für den Durchgang von Fluid in die Endwandöffnung auf. In dieser Ausführungsform umfassen die Kompressionsmittel eine derartige angrenzende Wand, um die Endwand aufzunehmen und die Endwanddichtbeschichtung in dichtender In-Eingriffnahme zu komprimieren.
Bei Inline-Applikationen umfassen die Kompressionsmittel vorzugsweise eine Kompressionsgehäuseanordnung, die ein Kompressionsgehäuse und eine Kompressionshülse umfasst. Das Kompressionsgehäuse weist eine Kompressionskammer für die Aufnahme des Gehäuses auf. Die Kompressionshülse nimmt die Endkappe in Eingriff, um die Endkappe und das erste Gehäuse einer Kompression auszusetzen.
Vorzugsweise weist die Kompressionsgehäuseanordnung eine Kompressionsmutter auf. Die Kompressionsmutter und das Kompressionsgehäuse weisen zusammenwirkende Gewinde auf, die sich bei einer relativen Rotation der Kompressionsmutter und des Kompressionsgehäuses in Eingriff nehmen. Die Kompressionsmutter nimmt die Kompressionshülse in Eingriff, um die Kompressionshülse, die Endkappe und das erste Gehäuse innerhalb der Kompressionsgehäusekammer zu komprimieren.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verbinden von Fluiddurchgängen. Eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Vorrichtung mit einem ersten Gehäuse, das wenigstens eine Seitenwand aufweist. Die Seitenwand weist eine Innenseite auf, die wenigstens eine Kammer definiert, und weist wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe auf. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Endkappe auf. Die Endkappe weist wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche auf und ist dazu geeignet, auf der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen zu werden, um die Kammer zu umschließen. Die Vorrichtung weist eine erste Dichtbeschichtung auf wenigstens der ersten Gehäuseanstoßfläche und/oder der Endkappenanstoßfläche auf. Die erste Dichtbeschichtung umfasst einen verformbaren Kunststoff, der an der Anstoßfläche anhaftet. Die Vorrichtung weist ein Fluidpfadmittel für die Aufnahme und das Entfernen von Fluid aus der Kammer auf; sowie Kompressionsmittel, um die Endkappe zu komprimie ren, wobei die Endkappenanstoßfläche auf der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen ist, und zwar in Richtung des ersten Gehäuses, um die erste Dichtbeschichtung zu verformen und die Kammer abzudichten. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Anordnens der Aufnahmeleitung und der Abgabeleitungen in Kommunikation mit den Fluiddurchgängen.
Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens können mit jedweder der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchgeführt werden. Die Vorrichtungen und die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ideal für Hochdruckapplikationen geeignet. Diese Hochdruckapplikationen beinhalten Drücke von 4000 psi und mehr.
Die Vorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind, weisen keine Dichtungen auf, die einer Materialkriechdehnung, einer Kaltverstreckung oder einer Relaxation unterliegen. Mit anderen Worten, wenn der Fluiddruck fluktuiert, dann bewegt sich die Dichtbeschichtung nicht. Die Dichtbeschichtungen haften an einer der Anstoßflächen oder sind an diese befestigt. Somit kann sich die Dichtbeschichtung nicht aus ihrer ursprünglichen Position bewegen oder verrutschen. Somit stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen bereit, die keine Dichtungsringfehlfunktion aufweisen.
Noch zeigen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rückschlagdruckwelligkeit aufgrund einer Dichtungsringbewegung, wenn der Druck entspannt wird. Analytische Instrumente, die insbesondere Vorrichtungen aufweisen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet sind, sind weniger empfindlich hinsichtlich von Druckschwankungen. Diese Merkmale und Vorteile ergeben sich dem Fachmann des betreffenden Gebiets bei der Durchsicht der Figuren und beim Lesen der nachstehenden detaillierten Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt im Querschnitt eine Seitenansicht einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
2 zeigt im Querschnitt eine Ansicht einer Endkappe einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Endkappe einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Endkappe einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Figuren beschrieben, wobei man versteht, dass die Figuren und die Beschreibung auf die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung gerichtet sind. Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise im Detail hinsichtlich eines Rückschlagventils beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass Merkmale der vorliegenden Erfindung in zahlreichen Vorrichtungen angewendet werden können, die Fluide unter Druck halten oder transportieren.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Halten von Fluiden bei hohen Drücken, die im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet ist, dargestellt. Die Vorrichtung 11 für die Aufnahme und die Abgabe von Fluiden ist vom Typ des Rückschlagventils. Die Vorrichtung 11 umfasst ein erstes Gehäuse 13, eine Endkappe 15, wenigstens eine Dichtbeschichtung 17 und Kompressionsmittel 19.
Wendet man sich der 2 zu, so erkennt man, dass das erste Gehäuse 13 wenigstens eine Seitenwand 25 aufweist. Die Seitenwand 25 weist eine Innenseite 27a und eine Außenseite 27b auf. Die Innenseite 27a definiert wenigstens eine Kammer 29, die vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist. Die Innenseite 27a weist wenigstens eine Endkappenanstoßfläche 31 für die Aufnahme der Endkappe 15 auf. Vorzugsweise ist die Endkappenanstoßfläche 31 in die Kammer 29 ausgespart bzw. vertieft, um das Positionieren der Endkappe 15 zu erleichtern. Wie dargestellt, weist die Innenseite 27 einen ausgesparten Bereich 33 auf, der die Aussparung für die Aufnahme der Endkappe 15 ausbildet.
Das Gehäuse 13 weist eine Endwand 35 auf, die eine Innenseite 37a und eine Außenseite 37b aufweist. Die Endwand 35 verschließt die Kammer 29, die durch die Innenseite 27a der Seitenwand 25 definiert wird.
Die Endkappe 15 weist eine zylindrische Form auf, um mit dem ausgesparten Bereich 33 der Innenseite 27a des ersten Gehäuses 13 zusammenzuwirken. Die Endkappe 15 weist wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche 39 auf. In den 3 und 4 sind alternative Ausführungsformen der Endkappe 15 dargestellt. Die Endkappe 15 von 2 ist detaillierter in 3 dargestellt. Bei der Endkappenanstoßfläche 39 handelt es sich um einen Grat 39a, um Kompressionskräfte auf der Dichtbeschichtung 17 zu lokalisieren. Bei dem Grat 39a handelt es sich um einen Vorsprung, der von einer planaren Oberfläche 39b nach oben herausragt. Der Grat 39a ist für eine Berührung mit einer gegenüberliegenden Anstoßfläche geeignet, wie beispielsweise einer Endkappenanstoßfläche 31 des ersten Gehäuses 13. Der Grat 39a lokalisiert oder fokussiert Kompressionskräfte in einem kleinen Bereich.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Endkappe 15 dargestellt, die im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 15' gekennzeichnet ist. Die Endkappe 15' weist eine zylindrische Form auf, um mit dem ausgesparten Bereich 33 der Innenseite 27a des ersten Gehäuses 13 zusammenzuwirken. Die Endkappe 15' weist wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche 39' auf. In dieser Ausführungsform ist die erste Gehäuseanstoßfläche 39' eben ohne jedwede abstehenden Oberflächenmerkmale. Die Anstoßfläche 39' ist für eine Berührung mit einer gegenüberliegenden Anstoßfläche geeignet, wie beispielsweise der Endkappenanstoßfläche 31 des ersten Gehäuses 13.
Die erste Gehäuseanstoßfläche 31 nimmt die Endkappenanstoßfläche 39 und 39' auf, wobei die Endkappe 15 und/oder 15' auf dem ersten Gehäuse 13 positioniert wird, um die Kammer 29 zu umschließen. Die Endkappe 15 und/oder 15' und das erste Gehäuse bestehen typischerweise aus Edelstahl, wobei jedoch ebenso andere Materialien ohne Weiteres verwendet werden können. Wenn das erste Gehäuse 13 und die Endkappe 15 und/oder 15' Teile eines Rückschlagventils sind, dann. weist das erste Gehäuse 13 eine Länge und einen Durchmesser von ungefähr 0,25 mm bis 0,75 mm. auf. Die Endkappe(n) 15 und/oder 15' weist/weisen ungefähr einen Durchmesser von 0,1 bis 0,70 mm und eine Dicke von 0,1 bis 0,2 mm auf.
Wenigstens die erste Gehäuseanstoßfläche 39 und/oder 39' und/oder die Endkappenanstoßfläche 31 weist/weisen eine erste Dichtbeschichtung 17 auf. Die erste Dichtbeschichtung 17 umfasst einen verformbaren Kunststoff, der an der ersten Gehäuseanstoßfläche 31 und/oder 31' oder der Endkappenanstoßfläche 39 anhaftet. Die Dichtbeschichtung 17 ist ausgewählt aus einem oder mehreren der polyme rischen Beschichtungen, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen. Die polymerische Beschichtung ist auf die gesamte Endkappe 15 und/oder 15' oder die erste Gehäuseanstoßfläche 31 und/oder 31' mit einer Dicke von 0,0005 bis 0,0025 Zoll und vorzugsweise ungefähr 0,001 bis 0,0015 Zoll aufgebracht. Verfahren zum Anordnen einer polymerischen Beschichtung auf einem Metallsubstrat sind wohlbekannt.
Die Vorrichtung 11 umfasst ferner Fluidpfadmittel für die Aufnahme und das Entfernen von Fluid aus der Kammer. Wie sich nun den 3 und 4 entnehmen lässt, weisen die Endkappe 15 und 15' eine Endkappenöffnung 45 auf. Wie sich nun wiederum 1 entnehmen lässt, weist das erste Gehäuse eine erste Gehäuseöffnung oder bevorzugt ein Paar von ersten Gehäuseöffnungen 47a und 47b auf, um Fluide in die Kammer 29 einzubringen. Vorzugsweise sind die Öffnungen des Paares von Öffnungen für Rückschlagventilapplikationen in der Endwand 35 achsenmäßig versetzt.
Die Endkappenöffnung 45 und die ersten Gehäuseöffnungen 47a und 47b können jedwede Anschlüsse, Leitungen und Röhren umfassen, die Fluid bereitstellen. Somit können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung inline mit Fluidpfadmitteln angeordnet werden, die Leitungen oder Röhren umfassen oder in dem Gehäuse einer größeren Struktur integriert sind, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, ein Pumpenkopf oder ein Pumpengehäuse 49, wie in 1 dargestellt ist.
Die Vorrichtung 11 umfasst Kompressionsmittel 19, um die Endkappe 15 und/oder 15' zu komprimieren, wobei die Endkappenanstoßfläche 31 und/oder 31' auf der ersten Gehäuseanstoßfläche 39 aufgenommen wird, und zwar in Richtung des ersten Gehäuses 13. Die Kompression verformt die erste Dichtbeschichtung 17 und dichtet die Kammer ab. Wie dies in 1 dargestellt ist, umfassen die Kompressionsmittel 19 das Pumpengehäuse 49, das Kompressionsgehäuse 51 und das Schraubenfitting 53.
Der Fachmann wird erkennen, dass das Pumpengehäuse 49 mit einem weiteren Fitting bereitgestellt werden kann, das mit dem Kompressionsgehäuse 51 und dem Schraubenfitting 51 zusammenwirkt, um der Vorrichtung 11 zu ermöglichen, in einer Fluidleitung angeordnet zu werden.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sind ideal für Fittings und Ventile geeignet. Wenn die Vorrichtung in der Form eines Ventils vorliegt, dann enthält die Kammer 29 eine Ventilanordnung 61, wie dies in 2 dargestellt ist. Die Ventilanordnung 61 kann Ventile des Rotationstyps (nicht gezeigt), geschaltete Ventile bzw. Schaltventile (nicht gezeigt) oder Rückschlagventile umfassen, die nachstehend detaillierter beschrieben werden.
Wenn die Vorrichtung in Form eines Rückschlagventils vorliegt, dann weist das erste Gehäuse 13 wenigstens eine Endwand 65 auf, der die Endkappe 15 oder 15' gegenüberliegt. Das Fluidpfadmittel umfasst wenigstens eine Öffnung 45 in der Endkappe 15 oder 15' und wenigstens eine Öffnung und vorzugsweise zwei 47a und 47b in der Endwand 65. Die Kammer 29 hält eine Ventilanordnung 61, die einen Kugelsitz 71 und eine Kugel 73 umfasst.
Vorzugsweise weist die Innenwand 27a eine erste Kugelsitzanstoßfläche 77 auf. Die Endkappe 15 und/oder 15' weist eine Kugelsitzanstoßfläche 79 auf. Der Kugelsitz 71 umfasst einen Zylinderabschnitt 81, der eine erste Kante 83, eine zweite Kante 85 und einen Fluiddurchgang 87 aufweist. Die erste Kante 83 weist eine Kugelaufnahmefläche 89 für die In-Eingriffnahme der Kugel 73 und das Schließen des Fluiddurchgangs 87 auf. Die zweite Kante 85 weist eine Kantenanstoßfläche 91 auf und die Endkappe 15 und/oder 15' weist eine Kugelsitzanstoßfläche 79 auf. Vorzugsweise weist/weisen wenigstens die Kantenanstoßfläche 91 und/oder die Kugelsitzanstoßfläche 79 eine Kugelsitzdichtbeschichtung 95 auf. Die Kugelsitzdichtbeschichtung 95 nimmt die Anstoßfläche in Eingriff, gegenüber der diese angeordnet ist, und dichtet den Kugelsitz und das Gehäuse 13 und/oder die Endkappen 15 und/oder 15' ab. Die Kugelsitzbeschichtung 95 kann einen Abschnitt der Dichtbeschichtung 17 auf der Endkappe 15 und/oder 15' umfassen. Vorzugsweise besteht die Kugelsitzbeschichtung aus derartigen Materialien, wie dies vorstehend hinsichtlich der Dichtbeschichtung 17 beschrieben worden ist.
Die Außenseite 37b der Endwand 35 weist eine Endwandanstoßfläche 99 auf, die die eine oder mehreren Endwandöffnungen 47a und 47b umgibt. Vorzugsweise weist die Endwandanstoßfläche 99 eine Endwanddichtbeschichtung 101 auf. Die Endwanddichtbeschichtung 101 ist ein verformbarer Kunststoff, der aus einem derartigen Material ausgebildet ist, wie dies hinsichtlich der Dichtbeschichtung 17 vorstehend beschrieben worden ist. Die Endwanddichtbeschichtung 101 nimmt eine angrenzende Wand in Eingriff, an die diese gedrückt wird.
Vorrichtungen dieses Typs sind gut dazu geeignet, in einer weiteren Hauptgehäusestruktur angebracht zu werden, die die angrenzende Wand aufweist. Wie sich beispielsweise 1 entnehmen lässt, nimmt die Endwanddichtbeschichtung 101 die angrenzende Wand 105 eines Pumpenkopfgehäuses 49 in Eingriff. In dieser Ausführungsform weist die angrenzende Wand 105 vorzugsweise eine Öffnung 103 für den Durchgang von Fluid in die Endwandöffnung (nicht dargestellt) auf. In dieser Ausführungsform umfassen die Kompressionsmittel 19 eine derartige angrenzende Wand 105 und eine zylindrische Wand 107, um die Endwandanstoßfläche 99 aufzunehmen und die Endwanddichtbeschichtung 101 in abdichtender In-Eingriff nahme zu komprimieren. Die Kompressionsmittel 19 umfassen eine Kompressionsanordnung, die ein Kompressionsgehäuse 51 und eine Kompressionshülse 53 umfassen. Das Kompressionsgehäuse 51 weist eine Kompressionskammer 113 für die Aufnahme des ersten Gehäuses 113 und der Endkappe 15 und/oder 15' auf. Die Kompressionshülse 53 nimmt das Kompressionsgehäuse 51 in Eingriff, um die Endkappe 15 und/oder 15' und das erste Gehäuse 13 einer Kompression auszusetzen.
Vorzugsweise weisen die Kompressionshülse 53 und die Kompressionsmutter (nicht dargestellt) oder der Pumpenkopf 49 oder eine andere Vorrichtung, an die dieser angeordnet ist, zusammenwirkende Gewinde 115 auf, wie dies in 1 dargestellt ist. Die zusammenwirkenden Gewinde 115 nehmen sich bei einer relativen Rotation der Kompressionshülse und des Pumpengehäuses 49 oder der Kompressionsmutter (nicht dargestellt) in Eingriff.
Wie sich nun 2 entnehmen lässt, weist das Kompressionsgehäuse 51 eine zweite Endkappenanstoßfläche 117 auf. Wenigstens eine der Endkappen 15 und/oder 15' weist eine Kompressionsanordnungsdichtbeschichtung 121 auf. Die Kompressionsanordnungsdichtbeschichtung 121 ist ein verformbarer Kunststoff, der aus derartigen Materialien derartig ausgebildet ist, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf die Dichtbeschichtung 17 beschrieben worden ist. Die Kompressionsanordnungsdichtbeschichtung 121 nimmt eine angrenzende Wand abdichtend in Eingriff, an die diese gedrückt wird.
Im Betrieb umfasst ein Verfahren zum Verwenden der vorliegenden Erfindung, um Fluiddurchgänge miteinander zu verbinden, die Schritte des Bereitstellens einer Vorrichtung 11, die ein erstes Gehäuse 13, eine Endkappe 15 und/oder 15', eine Dichtbeschichtung 17 und Kompressionsmittel 19 aufweist. Die Vorrichtung weist ein Fluidpfadmittel für die Aufnahme und für das Entfernen von Fluid aus der Kammer 29 auf. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Anordnens der Aufnahmeleitung und der Abgabeleitungen in Kommunikation mit den Fluiddurchgängen und das Komprimieren der Dichtbeschichtung 17, um die Kammer 29 abzudichten.
Die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ideal für Hochdruckapplikationen geeignet. Die Vorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, weisen keine Dichtungen auf, die ein Materialkriechen, Kaltfluss und eine Relaxation aufweisen. Mit anderen Worten, wenn der Fluiddruck fluktuiert, bewegt sich die Dichtbeschichtung nicht. Die Dichtbeschichtungen sind an eine der Anstoßflächen angebracht oder befestigt. Somit können sich die Dichtbeschichtungen nicht aus ihrer ursprünglichen Position bewegen oder verrutschen. Somit stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen bereit, die kein Dichtungsringfehlversagen aufweisen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich dem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet und daher sollte die Erfindung nicht auf die genauen Details, die hierin beschrieben worden sind, beschränkt werden, sondern den Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Vorrichtungen und Verfahren zum Halten von Fluiden unter hohen Drücken und eine Vorrichtung zur Aufnahme und zur Abgabe von Fluiden bereit. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Gehäuse mit wenigstens einer Seitenwand. Die Seitenwand weist eine Innenseite auf, die wenigstens eine Kammer definiert, und weist wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe auf. Die Endkappe weist eine erste Gehäuseanstoßfläche auf, die die Endkappenanstoßfläche aufnimmt, wodurch die Endkappe auf dem ersten Gehäuse positioniert wird, um die Kammer zu umschließen. Wenigstens die erste Gehäuseanstoßfläche und/oder die Endkappenanstoßfläche weist/weisen eine erste Dichtbeschichtung auf. Die erste Dichtbeschichtung umfasst einen verformbaren Kunststoff, der an der Anstoßfläche anhaftet. Die Vorrichtung umfasst ferner Kompressionsmittel, um die Endkappe zu komprimieren und die Dichtbeschichtung zu verformen.

Claims

Vorrichtung zum Aufnehmen und Abgeben von Fluiden, umfassend: a) ein erstes Gehäuse mit wenigstens einer Seitenwand, wobei die Seitenwand eine Innenseite aufweist, die wenigstens eine Kammer definiert, sowie wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe aufweist; b) wenigstens eine Endkappe, wobei die Endkappe wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche aufweist und die erste Gehäuseanstoßfläche auf der Endkappenanstoßfläche positioniert ist, um die Kammer zu umgeben; c) eine erste Dichtbeschichtung auf wenigstens der ersten Gehäuseanstoßfläche und/oder der Endkappenanstoßfläche, wobei die erste Dichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, der an der Anstoßfläche anhaftet; d) Fluidpfadmittel für das Aufnehmen und das Entfernen von Fluid aus der Kammer; und e) Kompressionsmittel, um die Endkappe, wobei die Endkappenanstoßfläche auf der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen ist, in Richtung des ersten Gehäuses zu komprimieren, um die erste Dichtbeschichtung zu deformieren und die Kammer abzudichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens die Endkappenanstoßfläche und/oder die Gehäuseanstoßfläche ein Grat ist, um Kompressionskräfte auf die Dichtbeschichtung zu lokalisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Kammer eine Ventilanordnung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse wenigstens eine Endwand aufweist, die der Endkappe gegenüberliegt, und wobei die Fluidpfadmittel wenigstens eine Öffnung in der Endkappe und wenigstens eine Öffnung in der Endwand umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ventilanordnung einen Kugelsitz und eine Kugel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei wenigstens die Innenwand und/oder die Endkappe eine Kugelsitzanstoßfläche aufweisen, wobei der Kugelsitz einen Zylinder aufweist, der zwei Kanten aufweist, sowie einen Fluiddurchgang, wobei wenigstens eine der Kanten eine Kugelaufnahmefläche aufweist, um die Kugel in Eingriff zu nehmen und den Fluiddurchgang zu schließen, und wobei wenigstens eine der Kanten eine Kantenanstoßfläche aufweist, um die Kugelsitzanstoßfläche in Eingriff zu nehmen und den Kugelsitz und wenigstens das Gehäuse und/oder die Endkappe abzudichten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei wenigstens die Kugelsitzanstoßfläche und/oder die Kantenanstoßfläche eine Kugelsitzdichtbeschichtung aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kugelblitzdichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Endwand eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei die Endwand eine oder mehrere Endwandöffnun gen aufweist und die Außenseite eine Endwandanstoßfläche aufweist, die die eine oder die mehreren Endwandöffnungen umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Endwandanstoßfläche eine Endwanddichtbeschichtung aufweist, wobei die Endwanddichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, um eine angrenzende Wand abdichtend in Eingriff zu nehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Endwanddichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kompressionsmittel eine angrenzende Wand für die Aufnahme der Endwand und das Komprimieren der Endwanddichtbeschichtung in dichtender In-Eingriffnahme umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die angrenzende Wand eine angrenzende Wandöffnung für den Durchgang von Fluid in die Endwandöffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Kompressionsmittel eine Hauptgehäuseanordnung umfassen, die ein Hauptgehäuse und eine Kompressionshülse umfasst, wobei das Hauptgehäuse eine erste Gehäusekammer für die Aufnahme des ersten Gehäuses aufweist, und wobei die Kompressionshülse dazu ausgestaltet ist, die Endkappe in Eingriff zu nehmen, um die Endkappe und das erste Gehäuse einer Kompression auszusetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Hauptgehäuseanordnung ein Kompressionsmuttermittel aufweist, wobei das Kompressionsmuttermittel und das Hauptgehäuse zusammenwirkende Gewinde aufweisen, die sich bei einer Rotation des Kompressionsmuttermittels und des Hauptgehäuses in Eingriff nehmen, wobei das Kompressionsmuttermittel die Kompressionshülse in Eingriff nimmt, um die Kompressionshülse, die Endkappe und das erste Gehäuse innerhalb der Hauptgehäusekammer zu komprimieren.
Verfahren zum Verbinden von Fluidleitungen, wobei das Verfahren die Schritte des Bereitstellens einer Vorrichtung umfasst, die aufweist: a) ein erstes Gehäuse mit wenigstens einer Seitenwand, wobei die Seitenwand eine Innenseite aufweist, die wenigstens eine Kammer definiert, sowie wenigstens eine Endkappenanstoßfläche für die Aufnahme einer Endkappe aufweist; b) wenigstens eine Endkappe, wobei die Endkappe wenigstens eine erste Gehäuseanstoßfläche aufweist und die erste Gehäuseanstoßfläche auf der Endkappenanstoßfläche positioniert ist, um die Kammer zu umgeben; c) eine erste Dichtbeschichtung auf wenigstens der ersten Gehäuseanstoßfläche und/oder der Endkappenanstoßfläche, wobei die erste Dichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, der an der Anstoßfläche anhaftet; d) Fluidpfadmittel für das Aufnehmen und das Entfernen von Fluid aus der Kammer; und e) Kompressionsmittel, um die Endkappe zu komprimieren, wobei die Endkappenanstoßfläche aus der ersten Gehäuseanstoßfläche aufgenommen ist, in Richtung des ersten Gehäuses, um die erste Fluidbeschichtung zu deformieren und die Kammer abzudichten, und Anordnen der Aufnahmeleitung und der Abgabeleitungen in Kommunikation mit den Fluidpfadmitteln.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Dichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei wenigstens die Endkappenanstoßfläche und/oder die Gehäuseanstoßfläche ein Grat ist, um Kompressionskräfte auf die Dichtbeschichtung zu lokalisieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die wenigstens eine Kammer eine Ventilanordnung enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Gehäuse wenigstens eine Endwand aufweist, die der Endkappe gegenüberliegt, und wobei die Fluidpfadmittel wenigstens eine Öffnung in der Endkappe und wenigstens eine Öffnung in der Endwand umfassen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Ventilanordnung einen Kugelsitz und eine Kugel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei wenigstens die Innenwand und/oder die Endkappe eine Kugelsitzanstoßfläche aufweisen, wobei der Kugelsitz einen Zylinder aufweist, der zwei Kanten aufweist, sowie einen Fluiddurchgang, wobei wenigstens eine der Kanten eine Kugelaufnahmefläche aufweist, um die Kugel in Eingriff zu nehmen und den Fluiddurchgang zu schließen, und wobei wenigstens eine der Kanten eine Kantenanstoßfläche aufweist, um die Kugelsitzanstoßfläche in Eingriff zu nehmen und den Kugelsitz und wenigstens das Gehäuse und/oder die Endkappe abzudichten.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei wenigstens die Kugelsitzanstoßfläche und/oder die Kantenanstoßfläche eine Kugelsitzdichtbeschichtung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Kugelblitzdichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Endwand eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei die Endwand eine oder mehrere Endwandöffnun gen aufweist und die Außenseite eine Endwandanstoßfläche aufweist, die die eine oder die mehreren Endwandöffnungen umgibt.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Endwandanstoßfläche eine Endwanddichtbeschichtung aufweist, wobei die Endwanddichtbeschichtung einen verformbaren Kunststoff umfasst, um eine angrenzende Wand abdichtend in Eingriff zu nehmen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Endwanddichtbeschichtung aus einer oder mehreren der polymerischen Beschichtungen ausgewählt ist, die aus Polytrifluorethylen (PTFE), Polyetheretherketon (PEEK), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Perfluoralkoxy (PFA) und fluoriniertem Ethylenpropylen (FEP) bestehen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Kompressionsmittel eine angrenzende Wand für die Aufnahme der Endwand und das Komprimieren der Endwanddichtbeschichtung in dichtender In-Eingriffnahme umfassen.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die angrenzende Wand eine angrenzende Wandöffnung für den Durchgang von Fluid in die Endwandöffnung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Kompressionsmittel eine Hauptgehäuseanordnung umfassen, die ein Hauptgehäuse und eine Kompressionshülse umfasst, wobei das Hauptgehäuse eine erste Gehäusekammer für die Aufnahme des ersten Gehäuses aufweist, und wobei die Kompressionshülse dazu ausgestaltet ist, die Endkappe in Eingriff zu nehmen, um die Endkappe und das erste Gehäuse einer Kompression auszusetzen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Hauptgehäuseanordnung ein Kompressionsmuttermittel aufweist, wobei das Kompressionsmuttermittel und das Hauptgehäuse zusammenwirkende Gewinde aufweisen, die sich bei einer Rotation des Kompressionsmuttermittels und des Hauptgehäuses in Eingriff nehmen, wobei das Kompressionsmuttermittel die Kompressionshülse in Eingriff nimmt, um die Kompressionshülse, die Endkappe und das erste Gehäuse innerhalb der Hauptgehäusekammer zu komprimieren.