DE2905293A1 - Elektrisch steuerbares mehrkanalventil fuer fluide - Google Patents

Elektrisch steuerbares mehrkanalventil fuer fluide

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DE2905293A1
DE2905293A1 DE19792905293 DE2905293A DE2905293A1 DE 2905293 A1 DE2905293 A1 DE 2905293A1 DE 19792905293 DE19792905293 DE 19792905293 DE 2905293 A DE2905293 A DE 2905293A DE 2905293 A1 DE2905293 A1 DE 2905293A1
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

PATENTANWÄLTE
A. GRÜNECKER
DiPl_-iNG.
H. KINKELDEY
DR-ING.
W. STOCKMAIR DR-ITJS ■ AeE(CALTECH)
K. SCHUMANN
DR HEa NAT - CW3L-PHYa
P. H. JAKOB
OfL- ING.
G. BEZOLD
DR BSI NAT- DlPU-CHBVt
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
Elektrisch steuerbares Mehrkanalventil für Fluide
Die Erfindung betrifft ein elektrisch steuerbares Mehrkanalventil für Fluide und insbesondere ein elektrisch betätigtes Ventil zum raschen und genauen Auswählen von einem Einlasskanal aus einer Vielzahl von derartigen Kanälen.
Häufig besteht die Notwendigkeit, einen fernsteuerbaren Selektor vorzusehen, der auf Befehl in Verbindung mit einer von mehreren Fluidrohrleitungen gelangt, so dass Fluidproben abgenommen werden können. Sehr wichtige Bedeutung haben derartige Ventilsysteme auf dem Gebiet medizinischer Ausrüstungen für die
Analyse von verschiedenen Gasen in Proben der Ausatmungsluft.
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TELEFON (OBS) SS SB 63
TELEX O5-SQ38O
TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
. 5-
Eine relativ neue medizinische Technik besteht darin, die Gase in den Atmungswegen von Patienten mit Atmungsschwierigkeiten zu untersuchen. Eine Kapillarleitung überträgt kontinuierlich eine kleine Probe zu einem Massenspektrometer, um den prozentualen Anteil von Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff usw. in der Ausatmungsluft zu bestimmen.
Ein Probeentnahmeschalter, der ein Analysiergerät, z.B. ein Massenspektrometer, mit einem von mehreren Einlassrohren, die ein zu analysierendes Gas oder Fluid enthalten, verbindet, muss notwendigerweise eine hohe Abdichtwirkung aufweisen, damit keine verschmutzende Gase in das System von benachbarten Rohren oder aus der Umgebung hineingelangen. Die Dichtung muss ferner so zuverlässig sein, dass nur eine geringe Verschleissmöglichkeit und damit verbundene Gefahr von Leckverlusten besteht, wenn infolge der Schaltbewegung des Selektors zu den verschiedenen Einlasskanälen des Ventils zwischen diesen Teilen eine schleifende Reibwirkung eintritt. Ein weiteres wichtiges Merkmal von einem idealen Schalter besteht darin, dass er ein minimales Volumen aufweisen sollte, so dass kleine ausgewählte Proben ohne Verzögerung in die Analysieranlage geleitet werden können.
Ih kurzen Worten schafft die Erfindung ein Selektorventil mit einer Platte, die an einer Oberfläche mit einem zentral liegenden Auslasskanal und einer Vielzahl von Einlasskanälen versehen ist, die in gleichem Abstand um den Auslasskanal umfänglich angeordnet sind. Ein Selektorverteiler mit einer Durchflussleitung kann einen ausgewählten Einlasskanal mit dem Auslasskanal verbinden und wird zwangsmässig gegen die gegenüberliegende Oberfläche der Platte gedrückt, wobei federnde O-Ringe an den Leitungsenden eine sichere Abdichtung zwischen Leitung und Kanälen vorsehen. Der Verteiler ist über eine Drehwelle mit einer Kupplungsplatte verbunden und
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eine entsprechende Platte der Kupplung wird von einem sich kontinuierlich drehenden Motor gehalten. Ferner ist mit der Drehwelle eine digitale Kodierscheibe verbunden, die die Stellung des Verteilers einem äusseren Stromkreis sowie einem Solenoid mitteilt/ das im erregten Zustand die Welle anhebt, so dass sie in Verbindung mit dem sich drehenden Motor kommt, während der Selektorverteiler von der Oberfläche der Platte getrennt wird, um einen Abrieb der O-Ringdichtungen zu verhindern. Das Solenoid wirkt gegen eine Feder, so dass bei Entregung des Solenoids die Feder rasch den Motor abtrennt und die Dichtungen an den Enden der Durchflussleitung im Selektorverteiler auf den Auslasskanal sowie den neu gewählten Einlasskanal drückt.
Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein Ventil geschaffen, das hauptsächlich als Selektor für ein System entwickelt wurde, um Gase von einer von 16 entfernten Stellen zu analysieren. Das Ventil enthält eine Platte, die an einer Oberfläche 16 umfänglich ausgerichtete Einlasskanäle und einen zentralen Auslasskanal aufweist. Nahe der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte ist drehbar ein Selektorverteiler mit einer Durchflussleitung angeordnet, die den zentralen Auslasskanal mit jeweils einem der Einlasskanäle verbindet. Um den Verteiler in eine neue Stellung zu drehen, hebt ein mit der sich drehenden Welle am Verteiler verbundenes Solenoid den Verteiler von der Platte ab, während gleichzeitig eine Kupplung an einer kontinuierlich sich drehenden Motorwelle in Eingriff tritt. Wenn der Selektorverteiler die gewünschte Probenstellung erreicht hatr die genau durch die Stellung von einer digitalen Kodierscheibe identifiziert xst, wird das Solenoid freigegeben und rückt eine Feder die Motorkupplung aus und drückt den Selektorverteiler in eine abdichtende Berührung gegen den ausgewählten Kanal in der Platte.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Ansicht von einem erfindungsgemäss aufgebauten Mehrkanalventil,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ventilplatte bei Betrachtung längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Selektorverteiler bei Betrachtungs längs der Linie 3-3 in Fig.1, und
Fig. 4 eine Draufsicht auf die !Codierscheibe bei Betrachtung längs der Linie 4-4 in Fig. 1.
Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht des Ventils, das ein im wesentliches kreisförmiges Gehäuse 10 für den Selektorverteiler, eine Platte 12 zur Befestigung eines Solenoids und eine Platte 14 zur Befestigung von einem Motor aufweist. Die Platten 12 und 14 liegen parallel zum Gehäuse 10 und sind in geeigneter Weise vom Gehäuse und voneinander durch Tragstützen 16 in Abstand gehalten, über ein Gelenk 18 ist mit dem Verteilergehäuse 10 eine mit Einlasskanälen versehene Platte 20 verbunden, die bei der bevorzugten Ausführungsform 16 gleichmässig voneinander beabstandete Einlasskanäle 22 aufweist, die in Umfangsrichtung um einen zentral liegenden Auslasskanal 24 angeordnet sind, wie dies am besten in Fig. 2 zu sehen ist. Ein weiterer Kanal 26 ist vorgesehen, um das Innere des Verteilergehäuses 10 zu reinigen oder zu entleeren, was nachfolgend in Verbindung mit der Arbeitsweise des Ventils näher beschrieben wird. Nach Fig. 1 weist jeder Kanal in der Platte 20 eine geeignete Gewindeverbindung auf, die einen Anschluss zwischen dem betreffenden Kanal und einer externen Rohrleitung ermöglicht.
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Das Verteilergehäuse 10 ist napfförmig und so umgewendet, dass der Randbereich 28 durch einen geeigneten O-Ring 30 gegenüber der Oberseite der Platte 20 abgedichtet werden kann. Ein Wellenlager 32 wird in einer zentral angeordneten Bohrung im Gehäuse 10 gehalten, wobei diese Bohrung koaxial zum Auslasskanal 24 liegt. In diesem Wellenlager 32 wird drehbar eine Welle 24 gehalten, deren Ende mit dem Selektorverteiler 36 in Verbindung steht, der in der ringförmigen Öffnung des Gehäuses 10 angeordnet ist. Der Verteiler 36 enthält eine Leitung 38, die den Auslasskanal 24 mit einem ausgewählten Einlasskanal 22 verbindet. Die Leitung 38 besteht aus einer langen Bohrung, die in Längsrichtung über etwa die halbe Länge des Verteilers 36 gebohrt ist, und aus zwei kurzen Querbohrungen, die die lange Bohrung schneiden, wobei eine der kurzen Bohrungen koaxial zur Welle 34 liegt, so dass sie über dem Auslasskanal 24 zu liegen kommt. Die andere kurze Bohrung ist im Verteiler 36 so angeordnet, dass sie über den Einlasskanälen 32 liegt. Nach dem Einbringen der Bohrungen wird die Eingangsstelle zur längeren Bohrung abgedichtet, so dass die in die Leitung 38 durch einen Einlasskanal 22 hineingelangenden Fluide nur über den Auslasskanal 24 austreten können.
Wie in Fig. 1 und ebenfalls Fig. 3 dargestellt., ist die Unterseite des Selektorverteilers 36 gegenüber dem Reinigungskanal 26 genutet, so dass in der öffnung des Verteilergehäuses 10 angesammelte Gasmischungen unabhängig von der Stellung des Selektorverteilers 36 abgezogen werden können. Der Selektorverteiler 36 ist ferner mit einem Blindkanal 40 versehen, der nur aus Gleichgewichtsgründen im Verteiler enthalten ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die beiden Leitung sbohrungen und die Blindkanalbohrung im Verteiler 36 aussen erweitert, um kleine federnd gehaltene O-Ringe 42 aufzunehmen, die die Leitung 38 im Verteiler 36 sicher gegenüber der Oberfläche der Platte 20 abdichten, um die Einlasskanäle 22 und den Auslasskanal 24 einzufangen.
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Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung einer raschen Drehbarkeit des Selektorverteilers 36 von einem Einlasskanal zu einem anderen unter Vermeidung von Rexbungsverschleiss und damit verbundener Leckverluste an den O-Ringen 42. Dies wird dadurch erreicht, dass sich der Verteiler 36 von der Oberfläche der Platte 20 immer dann abhebt, wenn der Verteiler 36 zu einem neuen Einlasskanal 22 weiterbewegt werden soll. Zu diesem Zweck ist die Welle 34 in geeigneter Weise mit der Drehwelle 44 von einem Solenoid 46 verbunden, so dass, wenn das Solenoid 46 durch eine externe elektrische Quelle erregt wird, die Welle 44 den Selektorverteiler 36 von der Oberfläche der Platte 20 abhebt. Das Solenoid 46 steht mit der Befestigungsplatte 12 in Verbindung, die eine koaxial zur Welle 34 liegende öffnung aufweist. Die Welle 44 des Solenoids 46 erstreckt sich durch das Solenoid .46 und durch die öffnung in der Befestigungsplatte 12 und ist mit einer Nabe 48 verbunden, an der eine Kupplungsplatte 50 befestigt ist. Eine entsprechende Kupplungsplatte 52 ist an der Abtriebswelle von einem Motor 54 mit 60 U/min befestigt, der selbst von der Motorbefestigungsplatte 14 gehalten wird. Die miteinander wirkenden Stirnflächen der Kupplungsplatten 50 und 52 stehen normalerweise in einem Abstand von etwa 0,5 mm voneinander und treten bei Erregung des Solenoids 46 in Eingriff.
Verbunden mit der Nabe 48 ist gemäss Fig. 4 eine Scheibe 56 zur Umsetzung der Wellenstellung in einen Digitalkode. Da bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 16 Einlasskanäle vorliegen, erfordert die Kodierscheibe 56 vier konzentrische Segmentspuren oder vier binäre Informationsbits, um die Stellung des Selektorverteilers 36 genau zu identifizieren. Zusätzlich zur blossen Identifizierung der Stellung des Verteilers muss die Kodierscheibe 56 genau den Moment festlegen, wann das Solenoid 36 entregt wird, so dass die Leitung 38 im Verteiler 36 präzise über dem Mittelpunkt eines
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Einlasskanals 22 ausgerichtet wird. Die Scheibe 56 ist daher mit 16 kleinen Stellungspunkten 58 versehen, die sich vorzugsweise nahe dem Scheibenumfang befinden und radial zur Mitte von jedem der 16 Sektoren ausgerichtet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind das Kodierungsmuster und die 16 Stellungspunkte 58 mit einem reflektierenden Material beschichtet und werden von Einheiten 60 auf Basis von Detektoren und Leuchtdioden abgelesen, die an der Befestigungsplatte 12 für das Solenoid gehalten und nahe von jeder Spur auf der Scheibe gemäss Fig. 1 angeordnet sind.
Beim Betrieb wird der Selektorverteiler 36 so angeordnet, dass die Leitung 38 eine Verbindung zwischen dem Auslasskanal 24 und einem der Einlasskanäle 22 hergestellt. Der Verteiler 36 wird gegen die Oberfläche der Platte 20 durch die Kraft einer Feder 62 gedrückt, die zwischen der Solenoidbefestigungsplatte 12 und einer Platte 64 unter Druck steht. Die Platte 64 ist in geeigneter Weise durch Drucklager und einen am Ende der Welle 34 vorgesehenen Kranz gehalten. Wenn die Wahl von einem neuen Einlasskanal gewünscht wird, erregt der äussere mit der Kodierscheibe 56 und ebenfalls mit dem Solenoid 36 verbundene Stromkreis das Solenoid. Im erregten Zustand hebt das Solenoid 46 gleichzeitig den Verteiler 36 gegen die Kraft der Feder 62 an und bringt ferner die Kupplungsplatte 50 in Eingriff mit der Kupplungsplatte 52, so dass der sich kontinuierlich drehende Motor 54 den Verteiler 36 in die neue durch die Binärcode auf der Kodierscheibe 56 bestimmte Stellung dxeht. Sobald die Einheit 60 aus Leuchtdiode und Detektor den entsprechenden Stellungspunkt 58 auf der Kodierscheibe erfasst, entregt der äussere Stromkreis den Solenoid 46, so dass die Feder 62 rasch die Kupplungsplatte 50 ausser Eingriff mit der sich drehenden Kupplungsplatte 52 bringt und ferner den Verteiler 36 in die richtige Stellung über dem ausgewählten Einlasskanal 22 in der Platte 20 drückt.
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Claims (8)

  1. PATENTANWÄLTE
    A. GRÜNECKER
    CWL-ING
    H. KlNKELDEY
    C« .1NG
    W. STOCKMAtR
    W.-ING AeEICAUTECM]
    K. SCHUMANN
    Oi? RcR NAT - DPL-PHYS
    P. H. JAKOB
    ÖPL-ING
    G. BEZOLD
    OR RHRNAT- 0IPL-CHEM
    8 MÜNCHEN 2Q
    MAXIMIUANSTRASSE 43
    12. Feb. 1979 F 13
    THE PEEKIN-EIMER CORPORATION
    Norwalk, Connecticut 06856, USA
    Elektrisch steuerbares Mehrkanalventil für Fluide
    PATENTANSPRÜCHE
    Elektrisch steuerbares Mehrkanalventil für Fluide,
    gekennzeichnet durch eine Platte (20), die ,
    an ihrer ersten Oberfläche einen zentral angeordneten ersten Kanal (24) und eine Vielzahl von zweiten in gleichmässigem Abstand vom ersten Kanal befindlichen Kanälen (22) aufweist; einen drehbaren Selektorverteiler (36) , der nahe der zweiten Oberfläche des Platte angeordnet ist und eine Durchflussleitung (38) aufweist, die den ersten Kanal mit einem der zweiten Kanäle verbindet und dagegen abdichtet; einen Motor (54) ; eine mit der, Welle des Motors verbundene Kupplung (50,52); eine den drehbaren
    909834/0721
    TELEFON (OBO) QSSSSS
    Telex oe-aesso
    TELEQRAMM£ MONAPAT
    TELEKOPISFIER
    Selektorverteiler mit der Kupplung verbindende Drehwelle (44); eine elektrisch beaufschlagte Einrichtung (46) zum Abheben des drehbaren Selektorverteilers von der zweiten Oberfläche der Platte, wobei das Abheben des Verteilers über die Drehwelle zu einem Zwangseingriff der Kupplung führt; und eine Einrichtung (62), die den Verteiler auf die zweite Oberfläche der Platte bei Entregung der elektrisch beaufschlagten Einrichtung drückt.
  2. 2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine' Stellungsanzeigeeinrichtung (56), die mit der Drehwelle (44) gekoppelt ist, um die Stellung des Verteilers (36) zu identifizieren.
  3. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch beaufschlagte Einrichtung ein Solenoid (46) mit einer drehbaren Solenoidwelle (44) aufweist, die sich zwischen Kupplung (50, 52) und Verteiler (36) erstreckt.
  4. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (36) gegenüber der zweiten Oberfläche der Platte (20) durch federnde O-Ringe (42) abgedichtet ist, die um die äusseren Enden der Durchflussleitung (38) angeordnet sind.
  5. 5. Ventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Reinigungskanal (26) in der Platte (20) zur Entfernung von solchen Fluiden aus dem Ventil, die nicht durch den Verteiler (36) ausgewählt wurden.
  6. 6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Verteiler (36) einen Blindkanal (40) und einen O-Ringzum CewichtsausaJeich aufweist.
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  7. 7. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die stellungsanzeigende Einrichtung eine Scheibe (56) zur Umsetzung der Wellenstellung in eine digitale Kodierung aufweist, wobei die Scheibe ein binäres Zählfeld hat, das die Lage von jedem zweiten Kanal (22) identifiziert und die Scheibe weiter eine Kennzeichnung besitzt, um genau die Anordnungsstelle von jedem zweiten Kanal zu identifizieren.
  8. 8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Kodierscheibe (56) mit einem reflektierenden Kodemuster kodiert ist, das von nahe dem reflektierenden Muster angeordneten Elementen (60), bestehend aus Leuchtdiode und Detektor, erfassbar ist.
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