DE2003569A1

DE2003569A1 - Stroemungsmittelventil

Info

Publication number: DE2003569A1
Application number: DE19702003569
Authority: DE
Inventors: Davis William P
Original assignee: ITE Imperial Corp
Current assignee: ITE Imperial Corp
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1970-01-27
Publication date: 1970-08-06
Also published as: GB1256342A; FR2030196A1

Description

Patentanwälte Dipl. -Ing. R ¥eickmann,

D1PL.-ING. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K-FiNCKE Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

IGA

I-T-E IMPERIAL CORPORATION
63OO West Howard Street

Chicago. 111..V.St.A,

Strömungsmittelventil

Die Erfindung betrifft ein Strömungsinittelventil.

Es gibt viele Ventilkonstruktionen mit einem beweglichen Ventilteil, welches zur selektiven Verbindung einer Durchführung mit einem oder mehreren Durchlässen dient. Diese bekannten Ventilkonstruktionen haben folgende Nachteile 1 Entweder schließen sie einen Teil des Strömungsmittels ein, so daß sie verunreinigt werden und audb. ihre Züführungsgenauigkeit hinsichtlich des Strömungsmittel*-'Volumens leidet, oder es tritt eine Verdrängung von Strömungsmittel auf, wenn das Ventil von einem Durchlass auf den anderen Durchlass umgeschaltet wird·

Bei einer bekannten Ventilanordnung 1st ein Rohr drehbar derart angeordnet, daß es zwischen zwei Positionen verändert werden kann. In der einen Position 1st das Auslassende des Rohre(B mit -einer Auslassleitung und In der anderen Position mit einer anderen Auslassleitung verbunden*

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Der Nachteil dieser Konstruktion bestellt darin, daß bei einem Schwenken des Rohres von der einen Auslassleitung zu der anderen Auslassleitung in dem Rohr befindliches Strömungsmittel entwichen kann, und zwar an den Verbindungsstellen zwischen dem Rohr und den Auslassleitungen· Dadurch ist diese Ventilkonstruktion für Anwendungszwecke ungeeignet, bei denen eine hohe Genauigkeit hinsichtlich des durchgeführten Strömungsmittelvolumens gefordert ist.

Bei einer anderen besseren Ventilkonstruktion, welche in englischsprechenden Ländern allgemein als spool valve bekannt ist, ist ein verschiebbares Ventilteil, gleitbar in einer zylindrischen Bohrung angeordnet· Xn dem Ventilkörper sind Durchführungen vorgesehen, welche selektiv Auslassöffnungen auf der einen Seite der Ventilbohrung mit Auslassöffnungen auf der anderen Seite der Ventilbohrung verbinden· Der Nachteil dieser Ventilkonstruktion besteht bei vielen Anwendungsfällen darin, daß das Strömungsmittel in den Durchführungen des Ventilteils eingeschlossen wird· Dieser Umstand macht es bisweilen extrem schwierig, das Ventil zu säubern und führt zu starken Verschmutzungen, wenn das Ventil für entsprechende Zwecke, beispielsweise in biomedizinischen Geräten verwendet wird· Die hler auftretenden Strömungsmittel führen leicht zu Verschmutzungen. Darüberhinaus reduziert in den Durchführungen eingeschlossenes Strömungsmittel oder eingeschlossene Flüssigkeit die Genauigkeit und die Fähigkeit des Ventiles ein genau bemessenes Volumen abzugeben·

Andere bekannte Ventilanordnungen haben ähnliche Naohteile.

Der Erfindung liegt dl· Aufgabe zugrunde, ein Strtfmang»- mlttelventil au schaffen, bei welchem nlohta von dem dem

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Ventil zugeführten Strömungsmittel austreten kann, wenn das Ventil von, der einen Position in die andere Position verschoben wird. Außerdem soll das Ventil so konstruiert sein, daß kein Strömungsmittel innerhalb des Ventiles eingeschlossen wird, so daß das Ventil eine genau bemessene Strömungsmittelmenge abgeben kann und nicht verunreinigt wird·

Das erfindungsgemäße Ventil enthält grundsätzlich eine stationäre Ventilplatte mit einer ebenen Ventilfläche, in der zwei Durchlässe vorgesehen sind* Ein selektiv bewegbarer Ventilblock ist gleitbar in Bezug auf die Ventilplatte derart angeordnet, daß er mit ihr eine Dichtung bildet· Die Bewegung des Ventilblockes ist geradelinig und erfolgt durch eine oder mehrere Membranen oder durch andere Mittel, Die Bewegung erfolgt zwischen einer Petition, in der eine Durchführung in dem Ventilblock mit dem einen Durchlass in der Ventilplatte koBSBnniziert und einer anderen Position, in welcher die Durchführung mit dem anderen Durchlass in der Ventilplatte kommuniziert«

Der bewegliche Ventilblock wird durch eine Feder mit der Dichtungsfläche an der Ventilplatte in Kontakt gehalten, so daß die Durchführung bei einer Bewegung des Ventilblockes zwischen den beiden Durchlässen durch die Dich-

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tungsflache der Ventilplatte abgedichtet ist« Auf diese ¥eise wird verhindert, daß Strömungsmittel aus der Durchführung austritt, wenn die Durchführung von dem einen Durchlass zu dem anderen Durchlass bewegt wird,

DarÜberhinaus erhält die Durchführung in dem Ventilblock das Strömungsmittel über eine flexible Zuleitung, welche fest mit dem Ventilblock verbunden ist, so daß es nicht möglich, ist, daß Strömungsmittel zwischen der Durchführung und der Zuführungsleitung auftritt. Die Zuführungs-

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leitung ist mit einer Druckflüssigkeit- oder Druckgasquelle verbunden·

Obwohl die Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Ventiles nicht begrenzt ist, eignet'sich, das Ventil insbesondere zum Einsatz in solchen Systemen, in denen es wünschenswert ist, mit dem Ventil eine genau bemessene Strömungsmittelmenge durchzulassen, ohne daß es zu Verunreinigungen kommt. Insbesondere ist das Ventil zur Verwendung in einer Vielzahl von biomedizinischen Instrumenten geeignet, welche mit biologischen Flüssigkeiten und Reagenzien für diagnostische und andere Zwecke arbeiten·

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend noch anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben·

Es zeigern

Fig· 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Ventil durch zwei Membranen betätigt wird;

Fig· 2 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Ventil durch eine einzige Membran betätigt wird;

Fig· 3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der das Ventil durch einen Elektromagneten betätigt wird;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der das Ventilteil in Verbindung mit einer Flasche manuell betätigt wird.

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Das in Fig· 1 dargestellte Ventilteil enthält einen langgestreckten im wesentlichen rechteckförmigen Ventilkörper 12 mit einer Oberfläche 13, einer Bodenfläche 14 und erweiterten Bndbereichen 17 und 18, die schalenförmig ausgebildet sind. Xn der Bodenfläche 14 ist eine rechteckige Ausnehmung 20 vorgesehen· Die Ausnehmung 20 hat ebene Seitenflächen 22, eine ebene obere Fläche 23 und ebene Bndflächen 26 und 27. Sie später noch beschrieben wird, dienen die genannten Flächen als Anschläge·.

Die Ausnehmung 20 wird von einer Ventilplatte 30 bedeckt, .m

welche fest auf der Bodenfläche 1h des Gehäuses 12 mit geeigneten Mitteln (nicht gezeigt) montiert ist« Die Ventilplatte 30 weist in Bezug auf die Ausnehmung 20 zentral angeordnete Austrittsöffnung&n 31 und 32 auf, welche in dauernder Verbindung mit Auslassleitungen 33 und 3k stehen·

Xn der Ausnehmung 20 ist ein rechteckiger Ventilblock 36 gleitbar angeordnet· Er hat ebene Gleitflächen, welche in Gleitkontakt mit den ebenen Seitenflächen 22 der Ausnehmung stehen, so daß die ebenen Seitenflächen 22 eine Führung für den Ventilblock 36 bilden, derart, daß sie für eine genaue geradlinige Gleitbewegung des Ventil - _N

blockes 36 innerhalb der Ausnehmung 20 sorgen. Der Ventil- % block 36 kann aus Teflon hergestellt sein und hat eine ebene Ventilfläche 38, die in Gleitkontakt mit der Ventilfläche 40 der Ventilplatte 30 steht.

Um die Ventilflächen 38 und k0 in dichtendem Kontakt zu halten, 1st Im oberen Bereich der Ausnehmung 20 eine- Blattfeder kZ vorgesehen, welche auf die Oberseite des Ventilblockes 36 drückt, so daß der Ventilblock 36 nach unten gegen die Ventilplatte 30 gepresst wird.

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Zentral innerhalb des Gleitblockes 36 befindet sich, ein Durchführungsrohr 43$ dessen untere Kante in der gleichen Ebene liegt, wie die Ventilfläche 38, Das Durchführungsrohr erstreckt sich von der Unterseite des Ventilblockes aus nach oben bis zu eine» Punkt außerhalb des Ventilgehäuses 12» Mit dem Durchführungsrohr 43 ist eine geeignete flexible Leitung 45 verbunden, die zu einer StröOiungsmittelquelle (nicht gezeigt) führt, welche entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas abgibt·

Das Durchführungsrohr 43 ist so angeordnet, daß es voll mit den Auslassöffnungen 31 und 32 in Verbindung steht, wenn der Ventilblock aus seiner in der Zeichnung dargestellten linken Position in die rechte Position überführt wird· Die Endflächen 26 und 27 der Ausnehmung 20 dienen als Anschläge für den Ventilblock 36" derart, daß das Durchführung β rohr 43 entweder genau auf die Auslassöffnung 3I oder auf die Auslassöffnung 32 ausgerichtet wird·

Um den Ventilblock 36 von einer Außenposition in die andere Außenposition verschieben zu können, sind mwei Membrananordnungen 48 und 49 vorgesehen* Jede.der beiden Membran-W anordnungen weist eine schalenfurmige Kappe 50 auf, welche an den erweiterten Bereichen 17t 18 des Gehäuses 12 befestigt sind und mit diesem Kammern 51 bilden· Die Kammern 51 werden durch flexible Membranen 54 geteilt· An den Membranen 54 ist jeweils ein starres Teil 55 befestigt. Die starren Teile 55 tragen Tatfehstangen 58, welch· gleitbar in komplementären Axiälbohrungan des Gehäuses 12 angeordnet sind· Die Snden 60 der Tauchstangen sind alt den gegenüberliegenden Snden des Ventilblookea 36 verbunden·

In den Kappen 50 sind Steuereingänge #2 und 62* vorgesehen· Diese werden mit entsprechenden Strömunfsmlttelquellen »ur

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Steuerung verbunden, Venn in den linken Steuereingang 62 ein Strömungsmittel unter Druck eintritt, so verschiebt die Membran 54 die Tauchstange 58 derart, daß das Ventilteil 36 nach rechts verschoben wird, bis es gegen die Fläche 27 anstößt· In dieser Stellung ist das Ventilteil 36 so ausgerichtet, daß das Durchführungsrohr 43 und die Auslassöffnung 32 miteinander fluchten* Wenn der rechte Steuereingang 62*van einem Strömungsmittel unter Druck gesetzt wird, so verschiebt die entsprechende Membran das Ventilteil 36van seiner rechten Bndstellung in die in der Zeichnung dargestellte linke Bndstellung· jj In dieser Stellung stößt das Ventilteil 36 gegen die Pia- ^v ehe 26, Das Durchführungsrohr k3 fluchtet mit der Auslassöffnung 31 · . ■ » ■

Venn das Durchfülurungsrohr kontinuierlich mit der unter Druck stehenden Strömungsmittelquelle kommuniziert,so kann in dem Durchführungsrohr A3 keine Flüssigkeit eingeschlossen werden, noch kann Flüssigkeit aus dem Durchführungsrohr austreten« Bin anderer wesentlicher Gesichtspunkt ist, daß bei einer Bewegung des Durchführungsrohrs 43 von der"" einen Auslassöffnung zu der änderen»Auslassöffnung das in"dem Durchführungsrohr enthaltene Strömungsmittel nicht anders aus diesem heraustretenkann, als in (| die Auslassöffnung, mit der das Durchführungsfohr gerade korrespondiert, da die Veritilfläctfe 4O das Durchführungsrohr 43 abdichtet. -

In dem Ventilkörper 12 ist eine geeignete Ausnehmung 65 vorgesehen, welche' die freie Bewegung des Durchführungsrohres 43 in axialer Richtung zuläßt·

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich derjenigen Ausführungsform aufgebaut, die in Fig. 1

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gezeigt ist· Für gleiche Teile sind gleiche Bezugszahlen verwendet worden« Der hauptsächliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, daß die Membrananordnung k9 bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform das Ventilteil 36 in dessen linke Position schiebt, wenn die Membrananordnung k9 über den Steuereingang 62 ein Steuersignal erhält, während das Ventilteil 36 von seiner linken in die rechte Position durch eine Druckwendelfeder 80 geschoben wird, welche innerhalb des Gehäuses 12* sitzt und an dem Ventilteil 36 anliegt. Die Druckwendelfeder 80 spannt demnach das Ventilteil 36 W in. seine rechte Position vor.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß das Gehäuse 12" keine Membrananordnung 48 oder h9 enthält, sondern statt dessen einen Elektromagneten 82, welcher das Ventilteil 36 gegen die Vorspannkraft einer Feder 80 in dessen linke Position verschiebt.

Die in Fig. k dargestellte Ausführungsform ist ähnlich den anderen, bisher beschriebenen Ausführungeformen, mit fe der Ausnahme, daß diese manuell betätigt wird und auf einer Flasche 83 befestigt werden kann, derart, daß der Flasche eine gewünschte Flüssigkeitsmenge zuführbar ist.

Das Gehäuse 12"* ist ein langgetrecktes rechteckiges Kappenteil, welches mit eine^feylindrisehen Ausnehmung 86 zur Aufnahme des Kopfes der Flasche 83 versehen ist. Durch das Gehäuse 12"* ist ein Durchlassrohr 87 geführt, welches mit der Auslassöffnung 31 kommuniziert und sich durch das Gehäuse 12"* in das Innere der Flasche 83 erstreckt.

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Ein anderes Rohr 89 kommuniziert mit der Auslassöffnung 32 und erstreckt sich durch eine Bohrung 90 in einem nach oben stehenden Teil des Gehäuses 12"·, Am Ende trägt das Auslassrohr 89 eine Pipette, 94,

Um das Ventilteil 36 in die linke in der Zeichnung dargestellte Position zu verschieben» ist eine Tauchstange 96 vorgesehen, welche gleitbar in einer komplementären Bohrung 97 des Gehäuses verschiebbar angeordnet ist und mit dem Ventilteil 36 in Kontakt steht« Innerhalb der Bohrung 97 befindet sich eine zweite Tauchstange 98, ™

welche mit der ersten Tauchstange 96 über eine Feder 100 verbunden ist, welche so wirkt, daß sie die beiden Tauchstangen auseinanderdrückt· Um die Tauchstange 98 nach links zu verschieben, so daß auch das Ventilteil in seine linke in Fig. k dargestellte Position geschoben wird, ist ein Handgriff 104 vorgesehen, welcher am Punkt 106 gelenkig mit dem nach oben stehenden Teil 92 des Gehäuses 12"» verbunden ist. Das Rohr 89 erstreckt sich durch eine geeignete Öffnung 108 in dem Handgriff Wk, wobei die Pipette 9k entlang der Außenseite des Handgriffes nach unten verläuft· Durch das mit einer StrömungsmitteIdruckquelle verbundene Rohr k3 strömt das Strömungs- ^j mittel in die Auslassöffnung 31, durch das Durchführungsrohr 87 in die Flasche 83· ¥enn es gewünscht ist, eine bestimmte Strömungsmltteliaenge in und durch die Pipette 9k au leiten, dann muß der Handgriff AOk in Richtung auf die Fla*ehe gedrückt werden, so daß die Tauchstangen 98 und 96 nach links verschoben werden«. Dadurch wird das Ventilteil 36 ebenfallsnach linksverschöbeη und eine Verbindung zwischen den Rohr k3 und des· Auslassöffnung 32 hergestellt, Danaoh kann das Strömungsmittel in die Leitung 89 und die Pipette 9k atröraen. Wenn die gewünschte StroOningsMlt te !menge in die Pipette 9k geströmt let, kann der Handgriff 10k wieder losgelassen werden, so daß die Feder 80 das Meebranteil 36 nach rechts verschiebt,

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Die Feder 100 verschiebt dabei den Handgriff 104 über die Druckstange 93 in seine in der Zeichnung dargestellte Ausgangsposition· Das in Fig. k gezeigte Flaschensystem lab eine Vielzahl von AnwendungsnSglichkeiten, insbesondere auf dem biomedizinischen Sektor·

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Claims

PATE NTA NS P RÜG H E

Strömungsmittelventil gekennzeichnet durch ein »

erstes Ventilteil (30) mit mindestens einem Durchlaß (33,34), welches eine nächst dem Durchlass (33, 34) liegende Dichtungsfläche aufweist, durch ein zweites Ventilteil (36) mit einer gleitbar auf der Dichtüngsflache 40 des ersten Ventilteiles (30) aufliegenden Dichtungsfläche (38) und durch eine Durch- ^ führung (43) in dein zweiten Vent 11 teil (36), welche * an eine Strötnungsmittelquelle angeschlossen ist, wobei die Ventilteile (30,36) relativ zueinander zwischen einer ersten Position und einer zweiten Icsition in der die Durchführung (43) mit dem Durchlass (33»34) kommuniz^iert, verschiebbar sind und wobei Strömungsmittel dann nicht austreten kann, wenn die beiden Ventilteile (30,36) zwischen den beiden Positionen verschoben werden«

2, Strömungsisitte !vent il nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilteil (30) relativ stationär angeordnet und mit zwei Durchlässen (33,34) versehen ist, daß sich die Dichtungsfläche (4o) des ersten Ven- J tilteiles (30 ) zumindest zwischen den beiden Durchlässen (33,34) erstreckt, daß das zweite Ventilteil (36) relativ zu dem ersten Ventilteil (30.) bewegbar ist, daß eine Öffnung der Durchführung (43) in dem zweiten Ventilteil (36) in der Dichtungsfläche des zweiten Ventilteiles (36) liegt und daß die Durchführung (43) in der ersten relativen Position zwischen den Ventilteilen (30,36) mit dem einen Durchlass (33) und in der zweiten Peeition mit dem zweiten Durchlass (34) kommuniziert« .

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3. Stromungsmlttelvent.il nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilteil (30) als Ventilplatte mit einer ebenen Dichtungsfläche (4o) ausgebildet ist, daß die Dichtungsfläche (38) an dem zweiten Ventilteil ebenfalls eben ausgebildet ist, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Dichtungsflächen (38,4o) gegeneinanderdrücken und daß Mittel vorgesehen sind, welche das Ventilteil (36) von der einen Position in die andere Position verschieben·

4. Strömungsmittelventil nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Gegeneinanderdrücken der Ventilflächen (38,4o) von einer Feder (42) gebildet sind, welche das Ventilteil (36) gegen die Ventilplatte (30) drückt.

5· Strömungsmittelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung (43) in dem zweiten Ventilteil (36) fest mit einer flexiblen Zuführungsleitung (45) verbunden ist,

6. Strömungsmittelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilteil (36) von «inem rechteckigen Gleitblock gebildet ist.

7· Strömungsmittelventil nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die MIttel zum Verschieben des zweiten Ventilteiles (36) mindestens eine von einem Strömungsmittel betätigbare Membran zum geradlinigen Verschieben des zweiten Ventilteiles (36) in der einen Richtung enthalten und daß separate Mittel zum Verschieben des zweiten Ventilteiles (36) in der anderen Richtung vorgesehen sind.

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S. Strömungsmittelventil nach Anspruch. 3» 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Vatilteil (36) gleitbar in einer Ausnehmung (20) eines Ventilgehäuses (12) angeordnet ist, daß die Ventilplatte (30) über der Ausnehmung (20) an dem Gehäuse (12) befestigt ist, wobei die Ventilfläche (4o) in die Ausnehmung (20) weist_r daß das Gehäuse (12) eine Öffnung (65) aufweist, welche eine seitliche Bewegung der Zuleitung (45) für die Durchführung (43) in dem Ge₇-hausβ (12) zuläßt und daß die Mittel zum Verschieben des zweiten Ventilteiles (36) zwischen der ersten und der zweiten Position gleitbar in dem Gehäuse (12) angeordnet und mit dea «weiten Ventilte.il (36) verbunden sind.

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