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PRIORITÄTSANSPRUCH
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Diese Anmeldung beansprucht das Anmeldedatum der am 19. März 2014 eingereichten vorläufigen US Patentanmeldung Nr. 14/219,861, für „MEHRWEGE-DOSIERPUMPENANORDNUNG UND ZUGEHÖRIGE VERFAHREN.”
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen Dosierpumpenanordnungen, die mehrere Ausgangskanäle aufweisen, und Verfahren zur Herstellung solcher Mehrwege-Dosierpumpenanordnungen.
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STAND DER TECHNIK
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Dosierpumpen werden in verschiedenen Flüssigkeitsabgabesystemen verwendet, in denen genaue Fluidvolumen, wie beispielsweise Wasser, Chemikalien, Lösungen oder andere Fluide, jederzeit abrufbereit sein müssen. Dosierpumpen geben typischerweise bei jedem Pumpzyklus oder Umdrehung ein bestimmtes Fluidvolumen ab. Dementsprechend kann durch Steuern der Anzahl der Zyklen oder der Drehzahl der Dosierpumpe auch das Volumen des aus der Dosierpumpe ausgegebenen Fluids gesteuert werden. Zusätzlich kann durch Steuern der Zyklusgeschwindigkeit bzw. der Drehzahlgeschwindigkeit der Dosierpumpe auch die Durchflussrate der Dosierpumpe gesteuert werden. Ist die Zyklusgeschwindigkeit bzw. die Drehzahlgeschwindigkeit der Dosierpumpe konstant, ist die Durchflussrate im Allgemeinen auch konstant. Dosierpumpen werden oft als Kolbenpumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen oder peristaltische Pumpen ausgebildet. Anwendungen, die die präzise Abgabe des aus den Dosierpumpen abgegebenen Volumens nutzen, umfassen jene auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie, der Medizin, der Wasserbehandlung, der chemischen Verarbeitung, sowie der Mess- und Labortechnikausgabe. In einigen Anwendungen kann es erforderlich sein, dass die Dosierpumpen ultrahochreine Fluide abgeben müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einigen Ausführungsformen kann eine Mehrwege-Dosierpumpenanordnung eine Dosierpumpe und einen Verteiler, der mit der Dosierpumpe verbunden ist, umfassen. Der Verteiler definiert einen mittleren Durchgang, der in Fluidkommunikation mit einer Vielzahl von Zwischenkanälen, die in dem Verteiler ausgebildet ist, steht. Jeder Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen kann eine Fluidverbindung zwischen dem mittleren Durchgang der Dosierpumpe und einem der entsprechenden Außenkanäle des Verteilers bilden. Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung kann eine Vielzahl von Ventilen umfassen, die mit dem Verteiler gekoppelt ist. Jedes Ventil der Vielzahl von Ventilen kann zwischen einem Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal angeordnet sein und jedes Ventil kann ausgebildet sein, um den Durchfluss des Fluids, das von der Pumpe zwischen einem entsprechenden Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal mit Druck beaufschlagt ist, zuzulassen oder zu verhindern. Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung kann auch eine elektronische Steuervorrichtung umfassen, die mit der Vielzahl von Ventilen verbunden ist. Die elektronische Steuervorrichtung kann eine zugeordnete elektronische Schnittstelle aufweisen und zum selektiven und unabhängigen Öffnen und Schließen der Ventile der Vielzahl von Ventilen programmierbar sein.
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In anderen Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrwege-Dosierpumpenanordnung das Bereitstellen einer Dosierpumpe und das Koppeln eines Verteilers an die Dosierpumpe umfassen. Der Verteiler definiert einen mittleren Durchgang, der in Fluidkommunikation mit Zwischenkanälen, die in dem Verteiler ausgebildet sind, steht, wobei jeder Zwischenkanal eine Fluidverbindung zwischen dem mittleren Durchgang und einem entsprechenden Außenkanal definiert. Das Verfahren kann das Anordnen eines Ventils zwischen jedem Zwischenkanal und einem entsprechenden Außenkanal umfassen. Jedes Ventil kann ausgebildet sein, um den Durchfluss des Fluids, das von der Pumpe zwischen einem entsprechenden Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal mit Druck beaufschlagt wird, zuzulassen oder zu verhindern. Das Verfahren kann das funktionale Koppeln einer elektronischen Steuervorrichtung, die eine dazugehörige elektronische Schnittstelle aufweist, an jedes Ventil umfassen, wobei die elektronische Steuervorrichtung für das selektive und unabhängige Öffnen und Schließen der Ventile programmiert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Während die vorliegende Erfindung mit Ansprüchen schließt, die insbesondere bestimmte Ausführungsformen hervorheben und deutlich beanspruchen, werden verschiedene Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Dosierpumpenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht der Dosierpumpenanordnung in 1 darstellt;
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3 eine halbtransparente, perspektivische Ansicht eines Verteilers der Dosierpumpenanordnung der 1 und 2 darstellt;
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4 eine halbtransparente, perspektivische Teilquerschnittansicht des Verteilers der 3 darstellt;
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5 eine perspektivische Teilschnittansicht der Dosierpumpenanordnung gemäß 1 und 2 darstellt, die eine Ventilanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein vereinfachtes schematisches Diagramm darstellt, das die Dosierpumpenanordnung mit einer elektronischen Schnittstelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist; und
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7 eine Teilquerschnittsansicht einer Dosierpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die hierin gezeigten Darstellungen sollen nicht tatsächliche Ansichten einer bestimmten Pumpenanordnung, Dosierpumpe, Ventilanordnung oder eine Komponente davon wiedergeben, sondern umfassen lediglich idealisierte Darstellungen, die zur Beschreibung anschaulicher Ausführungsformen verwendet werden.
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1 und 2 veranschaulichen eine Mehrwege-Dosierpumpenanordnung 2 mit einer Pumpeneinheit 4, die an einen Verteiler 6 angebracht ist. Die Pumpeneinheit 4 kann eine Pumpe (nicht gezeigt) zur Abgabe eines genauen Fluidvolumens aufnehmen. Es sollte beachtet werden, dass die Pumpe jede Art von Pumpe zur Abgabe eines genauen Fluidvolumens umfassen kann. Solche zuvor beschriebenen Pumpen können als Dosierpumpen bezeichnet werden. Die Pumpe kann eine Kolbenpumpe, eine Membranpumpe, eine Zahnradpumpe, eine peristaltische Pumpe oder eine Kombination davon sein. Im Nachfolgenden wird die Pumpe näher beschrieben. Der Verteiler 6 kann, wie im Folgenden näher beschrieben, eine Vielzahl von Zwischenkanälen in Fluidverbindung mit einem mittleren Durchgang, die sich von der Dosierpumpe erstreckt, umfassen. Eine Vielzahl von Ventilen 8 kann mit dem Verteiler 6 verbunden und für die selektive Steuerung der Fluidabgabe aus den einzelnen Zwischenkanälen des Verteilers 6 ausgebildet sein. Eine Ventilsteuereinheit 10 kann mit der Pumpeneinheit 4 gekoppelt und für die Steuerung des Betriebs der Ventile der Vielzahl von Ventilen 8 ausgebildet sein.
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Mit Bezugnahme auf 3 und 4 kann der Verteiler 6 einen Verteilerkörper 12 mit einem proximalen Ende 14, das proximal zur Pumpeneinheit 4 (1 und 2) ist, und einem gegenüber liegenden distalen Ende 16, das distal zur Pumpeneinheit 4 ist, umfassen. Das proximale Ende 14 kann eine Außengewindefläche 18 für die Verbindung mit einer passenden Innengewindefläche der Pumpeneinheit 4 umfassen. Der Verteilerkörper 12 kann auch eine erste Hauptfläche 20 und eine zweite Hauptfläche 22, die sich vom proximalen Ende 14 zum distalen Ende 16 des Körpers 12 erstrecken, umfassen. Die erste Hauptfläche 20 kann auf einer Seite des Körpers 12 gegenüber der zweiten Hauptfläche 22 angeordnet sein. Das proximale Ende 14 des Verteilerkörpers 12 kann eine Ausnehmung 24 zur Aufnahme eines Teils der Pumpe umfassen. Der Verteilerkörper 12 kann einen mittleren Durchgang 26 aufweisen, der sich distal von der Ausnehmung 24 am proximalen Ende 14 des Körpers 12 erstreckt.
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Die erste Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 kann ausgebildet sein, um die Vielzahl von Ventilen 8 (1 und 2) darauf zu tragen. Die erste Hauptfläche 20 kann in einer konvexen V-Blockkonfiguration geneigt sein, um den Betrieb der Vielzahl von Ventilen 8 zu erleichtern. Ein erster Neigungsabschnitt 20a der ersten Hauptfläche 20 und ein zweiter Neigungsabschnitt 20b der ersten Hauptfläche 20 kann derart positioniert sein, dass ein Winkel α zwischen diesen in dem Bereich von etwa 90° bis etwa 160° gebildet wird. Es ist jedoch zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen die erste Hauptfläche 20 nicht abgeschrägt sein muss, sondern im Wesentlichen eben sein kann. Unter Bezugnahme auf 3 kann der Verteilerkörper 12 eine Vielzahl von Ventilaufnahmeflächen 28 aufweisen, die von dem ersten und zweiten Neigungsabschnitt 20a, 20b der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 vertieft ausgebildet ist. Jede der Ventilaufnahmeflächen 28 kann einem Ventil der Vielzahl von Ventilen 8 entsprechen. Der Verteilerkörper 12 kann insgesamt sechs (6) Ventilaufnahmeflächen 28 umfassen, die von dem ersten und zweiten Neigungsabschnitt 20a, 20b der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 vertieft ausgebildet sind, wobei drei (3) Ventilaufnahmeflächen 28 von dem ersten Neigungsabschnitt 20a vertieft ausgebildet sind und weitere drei (3) Ventilaufnahmeflächen 28 von dem zweiten Neigungsabschnitt 20b vertieft ausgebildet sind. Eine Vielzahl von mit Innengewinden versehenen Sacklochbohrungen 29 kann in der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 ausgebildet sein, die jede der Ventilaufnahmeflächen 28 umgibt. Die Sacklochbohrungen 29 können zur Aufnahme von Bolzen oder anderer Befestigungsmittel darin zur Befestigung eines Ventils der Vielzahl von Ventilen 8 an die erste Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 ausgebildet sein. Eine Ventilkammer 30 kann sich von jeder Ventilaufnahmefläche 28 in den Verteilerkörper 12 erstrecken. Jede Ventilkammer 30 kann so ausgebildet sein, um einen Ventilkopf darin aufzunehmen, wie im Folgenden näher erläutert. Die Pumpe kann einen einzigen mittleren Durchgang 26 aufweisen, der sich in den Verteilerkörper 12 erstreckt, der sechs (6) in dem Verteilerkörper 12 vorgesehene Zwischenkanäle 32 speist. Die Zwischenkanäle 32 können sich von dem mittleren Durchgang 26 zu den entsprechenden Ventilkammern 30 nach außen erstrecken. Jeder Zwischenkanal 32 kann sich von dem mittleren Durchgang 26 in einer linearen Weise nach außen erstrecken. Zusätzlich kann sich jeder Zwischenkanal 32, bezogen auf einen von dem ersten und zweiten Neigungsabschnitt 20a, 20b der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12, orthogonal erstrecken. Wie in 3 gezeigt, können die Zwischenkanäle 32, die sich von dem mittleren Durchgang 26 zu den entsprechenden Ventilkammern 30 nach außen erstrecken, vom distalen Ende 16 des Verteilerkörpers 12 betrachtet, eine V-Form in Bezug zueinander bilden.
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Ein Außenkanal 34 kann sich aus jeder Ventilkammer 30 zu einem Schaft 35 erstrecken, der sich von der zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 nach außen erstreckt. Jeder Außenkanal 34 kann sich linear von der entsprechenden Ventilkammer 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken. Zudem kann sich jeder Außenkanal 34 orthogonal von der zweite Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken. Jeder Schaft 35 kann eine Außengewindefläche für eine Verbindung mit einem Gewindestutzen eines Strömungsrohrs (nicht gezeigt) aufweisen, um das von dem entsprechenden Außenkanal 34 abgegebene Fluid zu einer gewünschten Stelle zu leiten. Das von der Pumpe mit Druck beaufschlagte und abgegebene Fluid kann durch den mittleren Durchgang 26 und in jeden der sechs (6) Zwischenkanäle 32, die in dem Verteilerkörper 12 vorgesehen sind, fließen. Von den Zwischenkanälen 32 kann das Fluid dann in die entsprechenden Ventilkammern 30 und anschließend in den entsprechenden Außenkanal 34 fließen. Eine Fluidverbindung zwischen jedem Zwischenkanal 32 und jedem entsprechenden Außenkanal 34 kann somit durch einen Ventilkopf in der Ventilkammer 30, die den entsprechenden Zwischenkanal 32 und den entsprechenden Außenkanal 34 verbindet, gesteuert werden.
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Während der Verteilerkörper 12, wie in 3 gezeigt, mit insgesamt sechs (6) entsprechenden Zwischenkanälen 32, Ventilkammern 30 und Außenkanälen 34 ausgebildet ist, sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen der Verteilerkörper 12 eine beliebige Anzahl von entsprechenden Zwischenkanälen 32, Ventilkammern 30 und Außenkanälen 34 definieren und umfassen kann. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Verteilerkörper 12 zwei (2) Zwischenkanäle 32, die sich vom mittleren Durchgang 26 zu zwei (2) entsprechenden Ventilkammern 30 im Verteilerkörper 12 erstrecken, sowie zwei (2) Außenkanälen 34, die sich von den entsprechenden Ventilkammern 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken, umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der Verteilerkörper 12 drei (3) Zwischenkanäle 32, die sich vom mittleren Durchgang 26 zu drei (3) entsprechenden Ventilkammern 30 im Verteilerkörper 12 erstrecken, sowie drei (3) Außenkanäle 34, die sich von den entsprechenden Ventilkammern 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken, umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Verteilerkörper 12 vier (4) Zwischenkanäle 32, die sich vom mittleren Durchgang 26 zu vier (4) entsprechenden Ventilkammern 30 in dem Verteilerkörper 12 erstrecken, sowie vier (4) Außenkanäle 34, die sich von den entsprechenden Ventilkammern 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken, umfassen. In weiteren Ausführungsformen der Verteilerkörper 12 fünf (5) Zwischenkanäle 32, die sich vom mittleren Durchgang 26 zu fünf (5) entsprechenden Ventilkammern 30 in dem Verteilerkörper 12 erstrecken, sowie fünf (5) Außenkanäle 34, die sich von den entsprechenden Ventilkammern 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken, umfassen. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Verteilerkörper 12 mehr als sechs (6) Zwischenkanäle 32, die sich vom mittleren Durchgang 26 zu einer gleichen Anzahl entsprechender Ventilkammern 30 in dem Verteilergehäuse 12 erstrecken, sowie eine entsprechende Anzahl von Außenkanälen 34, die sich von den entsprechenden Ventilkammern 30 zur zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 erstrecken, umfassen.
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Der Verteilerkörper 12 kann aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein, wodurch die Kanäle des Verteilerkörpers 12 mit dem mittleren Durchgang 26, den Zwischenkanälen 32, den Ventilkammern 30 und den Außenkanälen 34 im Wesentlichen unempfindlich gegenüber chemischen Angriff von Säuren und anderen Chemikalien sind, so dass die Dosierpumpenanordnung 2 (1 und 2) in ultrahochreinen Anwendungen verwendbar ist. Alternativ können die Innenflächen eines oder mehrerer der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 mit PTFE ausgekleidet sein. In noch weiteren Ausführungsformen kann der Verteilerkörper 12 aus Perfluoralkoxy (PFA) oder einem anderen Fluorpolymer oder einer Kombination davon gebildet sein. In noch weiteren Ausführungsformen können die Innenflächen eines oder mehrerer der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 mit einem Perfluoralkoxy (PFA) oder einem anderen Fluorpolymer oder einer Kombination davon ausgekleidet sein. Als nicht einschränkendes Beispiel können die Innenflächen von jedem der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 zu 100% aus PTFE gebildet sein. Es sollte beachtet werden, dass der Verteilerkörper 12 oder Teile davon, die die Innenflächen von einem oder mehreren der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 auskleiden, auch andere Materialien umfassen können, wobei die Materialien entsprechend des Fluidtyps oder -typen, der bzw. die durch die Dosierpumpenanordnung 2 abgegeben werden, oder entsprechend den Anwendungen, für die die Dosierpumpenanordnung 2 verwendet wird, ausgewählt werden können.
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Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Verteilerkörper 12 durch ein Spritzgießverfahren gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Form der Gießform und/oder der Formeinsätze eine oder mehrere der Ausnehmungen 24, der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 des Verteilerkörpers 12 aufweisen, wenn der Verteilerkörper 12 in einem Formhohlraum in der Gießform geformt wird. In anderen Ausführungsformen kann ein Rohling für den Verteilerkörper 12 durch ein Spritzgießverfahren, ein Extrudierverfahren oder ein Gussverfahren gebildet werden, und einer oder mehrere der mittleren Durchgänge 26, der Zwischenkanäle 32, der Ventilkammern 30 und der Außenkanäle 34 des Verteilerkörpers 12 können anschließend im Rohling des Verteilerkörpers maschinell hergestellt werden. In solchen Ausführungsformen kann der mittlere Durchgang 26, die Zwischenkanäle 32, die Ventilkammern 30 und die Außenkanäle 34 des Verteilerkörpers 12 durch ein oder mehrere von einem Bohrverfahren, Drehprozess und Fräsprozess hergestellt werden. Zusätzlich können in solchen Ausführungsformen die Ventilaufnahmeflächen 28 durch einen Fräsprozess in dem Verteilerkörper 12 hergestellt werden. Ferner können nach dem Formen des Verteilerkörpers 12 die Bohrungen 29 durch ein Bohrverfahren gebildet werden. Die Gewinde an der Innenfläche der Bohrungen 29 können durch ein herkömmliches Schneidverfahren gebildet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Verteilerkörper 12 durch andere Verfahren gebildet werden. Es sollte beachtet werden, dass jedes Verfahren zur Bildung des Verteilerkörpers 12 innerhalb des Umfangs der hierin offenbarten Ausführungsformen liegt.
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5 zeigt die Vielzahl von Ventilen 8, die jeweils eine Ventilanordnung 36 umfassen, die an der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 befestigt ist. Jede Ventilanordnung 36 kann ein Ventilgehäuse 38 umfassen, in dem ein Zylinder 40 vorgesehen ist und das einen Kolben 42 in dem Zylinder 40 aufweist. Der Kolben 42 kann einen Kolbenkopf 43 umfassen, der durch eine pneumatische Kraft betätigbar ist. Ein Basiselement 44 der Ventilanordnung 36 kann mit einem unteren Abschnitt des Ventilgehäuses 38 verbunden sein. Das Basiselement 44 kann eine Bodenfläche 46 aufweisen, die an die entsprechende Ventilaufnahmefläche 28, die von der ersten Hauptfläche 20 des Verteilerkörpers 12 vertieft ausgebildet ist, angrenzt. Das Basiselement 44 kann eine mittlere Öffnung 48 aufweisen, durch die sich ein unterer Schaft 50 des Kolbens 42 erstreckt. Ein Steckkopf 52 kann über ein Gewinde mit einem untersten Abschnitt des unteren Schafts 50 des Kolbens 42 verbunden sein. Eine Kante des Verteilerkörpers 12, die zwischen einer Bodenfläche der Ventilkammer 30 und einer Innenfläche des Auslasskanals 32, der sich von der Ventilkammer 30 in den Verteilerkörper 12 erstreckt, ausgebildet ist, kann einen Ventilsitz 54 bilden. Der Steckkopf 52 kann eine abgeschrägte Fläche 56 aufweisen, die in abdichtender Weise in den Ventilsitz 54 eingreift, wenn sich das Ventil 8, wie in 5 gezeigt, in der geschlossenen Position 30 befindet. Der Kolben 42 kann einen oberen Schaft 58 umfassen, der sich in einer oberen Führungszylinder 60 des Ventilgehäuses 38 erstreckt. Der Kolben 42 kann einen zylindrischen Hohlraum 62 aufweisen, der einen unteren Abschnitt des oberen Schafts 58 umgibt. Eine Vorspannfeder 64 kann sich von einer oberen Fläche des Ventilgehäuses 38 zu einer Bodenfläche des zylindrischen Hohlraums 62 des Kolbens 42 erstrecken und den Kolben 42 nach unten vorspannen, so dass der Steckkopf 52, der am untersten Abschnitt des unteren Schafts 50 des Kolbens 42 angebracht ist, in Dichtungseingriff mit dem Ventilsitz 54 vorgespannt wird.
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Das Ventilgehäuse 38 kann eine Seitenwand 66 umfassen, die eine Einlassöffnung 68 und eine Auslassöffnung 70 aufweist, die sich durch diese erstrecken und zwischen einer Bewegungsobergrenze des Kolbenkopfes 43 und einer Bewegungsuntergrenze des Kolbenkopfes 43 befinden. Die Seitenwand 66 eines jedes Ventilgehäuses 38 kann einen ersten Gewindeschaft 72 umfassen, der die Einlassöffnung 68 umgibt, um eine Verbindung einer pneumatischen Versorgungsleitung 74 zu der Einlassöffnung 68 herzustellen. Die pneumatische Versorgungsleitung 74 kann sich von dem ersten Gewindeschaft 72 der Seitenwand 66 des Ventilgehäuses 38 zu der Ventilsteuereinheit 10 erstrecken (siehe 6). Die Seitenwand 66 des Ventilgehäuses 38 kann auch einen zweiten Gewindeschaft 76 umfassen, der die Auslassöffnung 70 umgibt, um eine Verbindung einer optionalen pneumatischen Auslassleitung (nicht dargestellt) mit der Auslassöffnung 70 herzustellen. Während des Betriebs einer Ventilanordnung 36, kann die Vorspannfeder 64 den Kolben 42 nach unten vorspannen, um die Ventilanordnung 36, wie zuvor beschrieben, zu schließen. Soll die Ventilanordnung 36 für den Durchfluss eines Fluid von dem Zwischenkanal 32 (der der Ventilanordnung 36 entspricht) zu dem Außenkanal 34 geöffnet werden, kann pneumatisches Fluid, wie beispielsweise als nicht einschränkendes Beipiel Druckluft, die durch den Betrieb der Ventilsteuereinheit 10 gesteuert wird, von der pneumatischen Versorgungsleitung 74 und durch die Einlassöffnung 68 in den Zylinder 40 geleitet werden. Der Druck des pneumatischen Fluids im Zylinder 40 übt eine Kraft auf eine Bodenfläche des Kolbenkopfes 43 aus, treibt den Kolben 42 nach oben und bewirkt, dass sich der Steckkopf 52 vom Ventilsitz 54 trennt, sodass das von der Pumpe mit Druck beaufschlagte und abgegebene Fluid aus dem Zwischenkanal 32 in die Ventilkammer 30 und anschließend in den Außenkanal 34 fließen kann. Das unter Druck stehende Fluid kann anschließend den Außenkanal 34 durch den Auslassschaft 35 verlassen. Es können auch andere pneumatische Fluide zur Betätigung der Ventile 36 verwendet werden, wie beispielsweise komprimierter gereinigter Stickstoff und komprimiertes Argon.
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In anderen Ausführungsformen können die Ventile 36 der Vielzahl von Ventilen 8 elektronisch betätigte, elektromagnetisch betätigte und/oder elektromechanisch betätigte Ventilanordnungen umfassen. Beispielsweise können die Ventile 36 der Vielzahl von Ventilen 8 als nicht einschränkendes Beispiel durch einen Solenoid betätigte Ventilanordnungen umfassen.
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Es sollte beachtet werden, dass der Verteilerkörper 12 in weiteren Ausführungsformen unterschiedlich zu dem in 1 bis 4 gezeigten ausgebildet sein kann. Beispielsweise können die relativen Positionen der Ventile 8, der Auslasskanäle 32 und der Auslassöffnungen 34 an die jeweilige Anwendung, in der die Dosierpumpenanordnung 2 verwendet werden soll, angepasst werden.
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6 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm der Dosierpumpenanordnung 2. Die Ventilsteuereinheit 10 kann eine elektronische Steuervorrichtung 78 umfassen. Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann ein Mikrocontroller sein, der auf der Ventilsteuereinheit 10 angeordnet ist. Alternativ kann die elektronische Steuervorrichtung 78 entfernt von der Ventilsteuereinheit 10 angeordnet sein. In solchen alternativen Ausführungsformen kann sich ein Draht oder ein Kabel von der Ventilsteuereinheit 10 zur elektronischen Steuervorrichtung 78 erstrecken oder die Ventilsteuereinheit 10 kann drahtlos mit der elektronischen Steuervorrichtung 78 kommunizieren. Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sein. Die elektronische Steuervorrichtung 78 ist ausgebildet, um einzelne Vorgänge jeder Ventilanordnung 36 der Vielzahl von Ventilen 8 selektiv und unabhängig zu steuern. Beispielsweise kann die elektronische Steuervorrichtung 78 ausgebildet sein, um jede der Ventilanordnungen 36 in einer Weise zu öffnen, dass ein Fluidvolumen im Bereich von etwa 0,1 ml oder weniger bis etwa 100 ml oder mehr, oder ein beliebiges Volumen dazwischen, von einem einzelnen entsprechenden Außenkanal 34 abgegeben wird. Es sollte beachtet werden, dass das Volumen und/oder die Flussrate des abgegebenen Fluids durch Einstellen von Parametern der Pumpeneinheit 4 einstellbar sind. Ferner kann die elektronische Steuervorrichtung 78 ausgebildet sein, um die Zeit, die eine Ventilanordnung 36 geöffet ist, zu ändern, um so die Fluidmenge, die von dem entsprechenden Außenkanal 34 abgegeben wird, zu steuern. Zusätzlich kann die elektronische Steuervorrichtung 78 ausgebildet sein, um die Ventilanordnungen 36 der Vielzahl von Ventilen 8 gleichzeitig oder nacheinander zu betätigen. Auf diese Weise kann die elektronische Steuervorrichtung 78 die Fluidmenge, die aus jedem Außenkanal 34 der Dosierpumpenanordnung 2 abgegeben wird, einzeln und gleichzeitig zu steuern.
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Dementsprechend ermöglicht die elektronische Steuervorrichtung 78 je nach Bedarf die Abgabe einer genauen, vorbestimmten Fluidmenge aus der Dosierpumpenanordnung 2 an bestimmte Zielorte in einem Fluidsystem, das durch Strömungsrohre 82, die mit den Schäften 35 der Außenkanäle 34 verbunden sind, an dieser befestigt ist.
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Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann mit einer elektronischen Schnittstelle 80 kommunizieren. Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann über eine Verdrahtungsverbindung oder mittels drahtloser Übertragung mit der elektronischen Schnittstelle 80 kommunizieren. Die elektronische Schnittstelle 80 kann Touchscreen-Steuerungen umfassen oder alternativ eine Computerplattform auf Arbeitsplatzrechner-(PC)-Basis enthalten. Die elektronische Schnittstelle 80 ist derart ausgebildet, dass ein Anwender eine Auswahl eingeben kann, wann jedes Ventil 36 der Vielzahl von Ventilen 8 geöffnet wird, um ein Fluidvolumen aus den entsprechenden Außenkanälen 34 abzugeben. Die elektronische Schnittstelle 80 ist auch derart ausbildbar, dass es einem Anwender möglich ist, die Fluidvolumenmenge zu wählen, die von jedem Außenkanal 34 ausgeben wird. Zudem kann die elektronische Schnittstelle 80 ausgebildet sein, um zusammen mit der elektronischen Steuervorrichtung 78 dem Anwender die Möglichkeit zu geben, Fluidabgabesequenzen durch jede der Ventilanordnungen 36 und Strömungsrohre 82, die mit den Schäften 35 der entsprechenden Außenkanäle 34 verbunden sind, auszuwählen, wobei jede Abgabe der Sequenz einen vom Anwender vorbestimmten Zeitpunkt und vorbestimmte Abgabevolumenmenge aufweist. Ferner kann die elektronische Schnittstelle 80 derart ausgebildet sein, dass ein Anwender Befehle in die elektronische Steuervorrichtung 78 für das Öffnen jeder Ventilanordnung 36 der Vielzahl von Ventilen 8 und hinsichtlich der Fluidvolumenmenge einer jeden Abgabe eingeben kann.
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7 zeigt ein Beispiel einer Dosierpumpe 84, die in der Pumpeneinheit 4 verwendet werden kann. Gezeigt ist eine Teilquerschnittsansicht des proximalen Endes 14 des Verteilerkörpers 12, das mit der Dosierpumpe 84 verbunden ist. Die Dosierpumpe 84 kann eine Rollmembranpumpe sein, die eine Rollmembran 85 umfasst, die mit einem Kolbenpumpenelement 86 innerhalb eines Gehäuses 88 der Pumpeinheit 4 verbunden ist. Das Kolbenpumpenelement 86 kann einen Pumpenkolben 90 an einem proximalen Ende des Kolbenpumpenelements 86 umfassen. Der Pumpenkolben 90 kann in einem Zylinder 92 zwischen einer ersten Öffnung 94 und einer zweiten Öffnung 96 angeordnet sein, der sich durch eine Wand 98 des Zylinders 92 erstreckt. Das pneumatische Fluid, wie beispielsweise Druckluft, das abwechselnd in den und aus dem Zylinder 92 auf beiden Seite des Pumpenkolbens 90 durch die ersten und die zweite Öffnung 94, 96 in der Zylinderwand 98 fließt, bewirkt eine kontrollierte Hin- und Herbewegung des Kolbenpumpenelements 86. Die Rollmembran 85 und das Kolbenpumpenelement 86 können sich in einer im Gehäuse vorgesehenen Druckkammer 100 hin und her bewegen. Ein Einlass 102 kann sich durch das Gehäuse 88 erstrecken und in Fluidverbindung mit einer Fluidversorgung (nicht gezeigt) sein. Ein Ventilelement 104 kann am Einlass 102 angeordnet sein, um während eines Ansaughubs einen Fluidfluss von der Versorgung in die Druckkammer 100 zu ermöglichen und um während eines Ausgabehubs einen Fluidfluss aus der Druckkammer 100 durch den Einlass 102 einzuschränken. Die Dosierpumpe 84 kann eine einstellbare Hubbegrenzungsvorrichtung, beispielsweise einen einstellbarer Bolzen oder eine Schraube, umfassen, durch die ein Anwender das Fluidvolumen einstellen kann, das bei jedem Hub des Kolbenpumpenelements 86 abgegeben werden soll. Die einstellbare Hubbegrenzungsvorrichtung kann manuell oder durch Steuerung der elektronischen Steuervorrichtung 78 (6) eingestellt werden. Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann auch durch die elektronische Schnittstelle 80 programmiert (6) werden, um eine Hubgeschwindigkeit des Kolbenpumpenelements 86 zu steuern. Das Ausgabevolumen und die Flussrate des aus der Dosierpumpe 84 abgegebenen Fluids kann durch Einstellen einer beliebigen Anzahl von Parametern der Dosierpumpe eingestellt werden, wie beispielsweise, als nicht einschränkendes Beispiel, die Hin- und Herbewegung des Pumpenelements 86, die Hublänge des Pumpenelements 86, das Volumen der Druckkammer 100 und die Größe der Rollmembran 85. Während 7 eine Rollmembran-Dosierpumpe zeigt, sollte beachtet werden, dass auch andere Arten von Dosierpumpen 5 mit der hierin offenbarten Dosierpumpenanordnung 2 verwendet werden können (1, 2 und 6), wie beispielsweise andere Kolbenpumpen, Membranpumpen, Zahnradpumpen, peristaltische Pumpen und Kombinationen davon.
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Bei den in 1, 2 und 5–7 dargestellten Ausführungsformen wird die Pumpeneinheit 4 derart am proximalen Ende 14 des Verteilerkörpers 12 befestigt, dass die Pumpe unter Druck stehendes Fluid in den mittleren Durchgang 26 abgibt, wobei das Fluid aus diesem in die Zwischenkanäle 32 fließt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Pumpeneinheit 4 in anderen Ausführungsformen an der zweiten Hauptfläche 22 des Verteilerkörpers 12 angeordnet und mit einem beliebigen der Außenkanäle 34 verbunden sein kann, so dass die Pumpe das unter Druck stehende Fluid direkt in einen der Außenkanäle 34 abgeben kann. In derartigen Ausführungsformen kann die elektronische Schnittstelle 80 ausgebildet sein, dass ein Anwender den bestimmten Außenkanal 34, an den die Pumpe angeschlossen ist, als ”Zufuhr”-Kanal und die verbleibenden Außenkanäle 34 als ”Ausgabe”-Kanäle festlegen kann. In solchen Ausführungsformen kann ein Anschlagelement oder ein anderes Stopfenelement in der Ausnehmung 24 des Verteilerkörpers 12 angeordnet werden, um zu verhindern, dass unter Druck stehendes Fluid aus dem proximalen Ende 14 des Verteilerkörpers 12 entweicht. in solchen Ausführungsformen kann die elektronische Steuervorrichtung 78 die Vielzahl von Ventilen 8 in der gleichen Weise wie zuvor beschrieben steuern, um selektiv die Abgabe des Fluids aus den einzelnen Außenkanälen 34 zu steuern, an die die Pumpe nicht angeschlossen ist. Alternativ kann die Vielzahl von Ventilen 8 ein zusätzliches Ventil umfassen, das im mittleren Durchgang 26 des Verteilerkörpers 12 angeordnet ist und sich in der Nähe des am nächsten gelegenen Zwischenkanals 32 befindet, um selektiv die Abgabe des Fluids von einem proximalen Ende des mittleren Durchgangs 26 zu steuern. In dieser weiteren Ausführungsform kann die elektronische Schnittstelle 80 derart ausgebildet sein, dass ein Anwender die verbleibenden Außenkanäle 34 sowie das proximale Ende des mittleren Durchgangs 26 als ”Ausgabe”-Kanäle festlegen kann. Die elektronische Steuervorrichtung 78 kann die Vielzahl von Ventilen 8, einschließlich des zusätzlichen Ventils, in der gleichen zuvor beschriebenen Weise steuern, um selektiv die Fluidabgabe aus den einzelnen Außenkanälen 34, an die die Pumpe nicht angeschlossen ist, und dem proximalen Ende des zentralen Durchgangs 26 zu steuern. Es sollte beachtet werden, dass die Verteilerkörper 12 so ausgebildet sein kann, dass die Pumpe mit dem mittleren Durchgang 26 und einem der Außenkanäle 34 verbunden wird, sodass ein Anwender auf unterschiedliche Weise die Pumpenanordnung 2 an eine bestimmte Anwendung anpassen kann. Auf diese Weise können der mittlere Durchgang 26 und jeder der Außenkanäle 34 einen Einlass, einen Auslass, oder beides bilden.
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Zusätzliche, nicht-einschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Nachfolgenden dargelegt.
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Ausführungsform 1: Eine Mehrwege-Dosierpumpenanordnung umfasst: eine Dosierpumpe; einen Verteiler, der mit der Dosierpumpe verbunden ist, wobei der Verteiler einen mittleren Durchgang definiert, der in Fluidkommunikation mit der Vielzahl von in dem Verteiler vorgesehenen Zwischenkanälen ist, wobei jeder Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen eine Fluidverbindung zwischen dem mittleren Durchgang der Dosierpumpe und einem entsprechenden Außenkanal des Verteilers bildet; eine Vielzahl von Ventilen, die mit dem Verteiler gekoppelt ist, wobei jedes Ventil der Vielzahl von Ventilen zwischen einem Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal angeordnet ist, wobei jedes Ventil so ausgebildet ist, dass es den Durchfluss des Fluids, das von der Pumpe zwischen einem entsprechenden Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal mit Druck beaufschlagt ist, zulässt oder verhindert; und eine elektronische Steuervorrichtung, die mit der Vielzahl von Ventilen verbunden ist, wobei die elektronische Steuervorrichtung eine dazugehörige elektronische Schnittstelle aufweist, wobei die elektronische Steuervorrichtung zum selektiven und unabhängigen Öffnen und Schließen der Ventile der Vielzahl von Ventilen programmierbar ist.
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Ausführungsform 2: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl von Ventilen pneumatisch betätigbar ist.
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Ausführungsform 3: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach Ausführungsform 1, wobei die Vielzahl von Ventilen elektrisch betätigbar ist.
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Ausführungsform 4: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei die elektronische Steuervorrichtung eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist.
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Ausführungsform 5: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei eine Innenfläche des mittleren Durchgangs und wenigstens Teile der Innenflächen der Vielzahl von Zwischenkanälen Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Perfluoralkoxy (PFA) und/oder ein anderes Fluorpolymer umfassen.
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Ausführungsform 6: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei die Dosierpumpe eine Rollmembranpumpe umfasst.
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Ausführungsform 7: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Vielzahl von Zwischenkanälen aus drei oder mehr Zwischenkanälen gebildet ist, wobei die Vielzahl von Ventilen aus drei oder mehr Ventilen gebildet ist und die Vielzahl von Außenkanälen aus drei oder mehr Durchgängen gebildet ist.
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Ausführungsform 8: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei die elektronische Steuervorrichtung, der Verteiler und jedes Ventil der Vielzahl von Ventilen so ausgebildet sind, dass sie, in Verbindung, ein Fluidvolumen von etwa 0,1 ml oder weniger aus dem mittleren Durchgang und/oder der Vielzahl von Außenkanälen ausgeben.
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Ausführungsform 9: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei die elektronische Steuervorrichtung programmierbar ist, um jedes Ventil der Vielzahl von Ventilen gleichzeitig oder der Reihe nach zu betreiben.
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Ausführungsform 10: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei die elektronische Steuervorrichtung programmierbar ist, um die Dauer, in der jedes Ventil der Vielzahl von Ventilen offen ist, zur Abgabe unterschiedliche Fluidvolumina aus dem mittleren Durchgang und/oder der Vielzahl von Außenkanälen zu ändern.
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Ausführungsform 11: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei die Dosierpumpe mit dem mittleren Durchgang verbunden ist, so dass das aus der Pumpe ausgegebene, mit Druck beaufschlagte Fluid in den mittleren Durchgang fließt und danach in die Vielzahl von Zwischenkanälen fließt.
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Ausführungsform 12: Die Mehrwege-Dosierpumpenanordnung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei die Dosierpumpe auf einem der Außenkanäle verbunden ist, so dass das aus der Pumpe ausgegebene, mit Druck beaufschlagte Fluid in den einen der Außenkanäle fließt und danach in den mittleren Durchgang und die Vielzahl von Zwischenkanälen fließt.
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Ausführungsform 13: Das Verfahren zur Herstellung einer Mehrwege-Dosierpumpenanordnung umfasst: Bereitstellen einer Dosierpumpe; Koppeln eines Verteilers an die Dosierpumpe, wobei der Verteiler einen mittleren Durchgang definiert, der in Fluidkommunikation mit der Vielzahl von Zwischenkanälen ist, die in dem Verteiler vorgesehen ist, wobei jeder Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen eine Fluidverbindung zwischen dem mittleren Durchgang der Dosierpumpe und einem entsprechenden Außenkanal des Verteilers bildet; Anordnen eines Ventils zwischen jedem Zwischenkanal und einem entsprechenden Außenkanal, wobei jedes Ventil so ausgebildet ist, dass es den Durchfluss des Fluids, das von der Pumpe zwischen einem entsprechenden Zwischenkanal der Vielzahl von Zwischenkanälen und einem entsprechenden Außenkanal mit Druck beaufschlagt wird, zulässt oder verhindert; und Funktionales Koppeln einer elektronischen Steuervorrichtung, die eine dazugehörige elektronische Schnittstelle aufweist, an jedes Ventil, wobei die elektronische Steuervorrichtung für das selektive und unabhängige Öffnen und Schließen der Ventile programmiert wird.
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Ausführungsform 14: Das Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei das Befestigen der Ventile an den Verteiler das Befestigen pneumatisch betätigbarer Ventile an den Verteiler umfasst.
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Ausführungsform 15: Das Verfahren nach Ausführungsform 13, wobei das Befestigen der Ventile an den Verteiler das Befestigen elektrisch betätigbarer Ventile an den Verteiler umfasst.
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Ausführungsform 16: Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 13 bis 15, das ferner umfasst: Auswählen der elektronischen Steuervorrichtung derart, dass diese eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist.
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Ausführungsform 17: Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 13 bis 16, das ferner umfasst: Ausbilden des Verteilers mit einer Innenfläche des mittleren Durchgangs und wenigstens Teilen der Innenflächen der Vielzahl von Zwischenkanälen, die Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Perfluoralkoxy (PFA) und/oder jedes andere Fluorpolymer umfassen.
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Ausführungsform 18: Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 13 bis 17, wobei das Bereitstellen einer Dosierpumpe das Bereitstellen einer Rollmembran-Dosierpumpe umfasst.
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Ausführungsform 19: Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 13 bis 18, wobei die Ausgangsdurchlässe drei oder mehr Ausgangsdurchlässe umfassen, wobei die Vielzahl von Ventilen drei oder mehrere Ventile umfasst und eine Vielzahl von Austrittsöffnungen drei oder mehr Austrittsöffnungen umfasst.
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Ausführungsform 20: Das Verfahren nach einer der Ausführungsformen 13 bis 19, wobei das Befestigen des Verteilers an die Dosierpumpe das Befestigen der Dosierpumpe an den mittleren Durchgang oder einen der Außenkanäle des Verteilers umfasst.
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Während bestimmte beispielhafte Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen und verstehen, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die hierin ausdrücklich gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr können zahlreiche Hinzufügungen, Streichungen und Modifikationen der hierin beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, um innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegende Ausführungsformen, wie jene der im Folgenden beanspruchten, einschließlich rechtlicher Äquivalente, zu bilden. Zusätzlich können, wie von den Erfindern beabsichtigt, Merkmale aus einer offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen offenbarten Ausführungsform kombiniert werden und dennoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
