Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung betrifft allgemein Ventile und Ventilmatrizen,
die in Strömungs-Leitungsnetzen zur Handhabung von
verschiedenen Fluidtypen verwendet werden, und spezieller
betrifft sie Ventile, die biegsame Blattelemente zum wahlweisen
Abdichten und Öffnen verschiedener Ventildurchlässe und
-öffnungen verwenden.
Hintergrund der Erfindung
-
In Übereinstimmung mit einer früheren Erfindung, die durch mein
US-Patent 4,304,257 geschützt ist, offenbarte ich ein Ventil,
das ein Gehäuseteil, das eine "feste und stabile Stützfläche"
aufweist, und ein biegsames Blattelement umfaßt, das eine
Fläche aufweist, die dazu dient, sich an die Fläche des
Ventilgehäuseteiles anzupassen und sich mit ihr zu vereinigen.
Es gibt in der Fläche des Gehäuseteiles mindestens zwei Fluid-
Durchflußkanäle, die voneinander durch eine Stegfläche getrennt
sind. Die Oberfläche der Stegfläche fällt mit der Oberfläche
des Elements zusammen, in dem sie ausgebildet ist; in diesem
Fall mit der festen und stabilen Stützfläche des Ventils.
-
Um das Blattelement zwischen einer ersten Stellung, bei der
eine Fläche des Blattes mit der Fläche des Gehäuseteiles in
Paß und Dichteingriff steht, um den Durchfluß zwischen den
beiden Kanälen zu blockieren, und einer zweiten Stellung zu
biegen, bei der die Blattfläche von der ersten Stellung
beabstandet ist, um den Fluidfluß über die Stegfläche zwischen
den beiden Durchflußkanälen zu erlauben, verwendet man ein
mechanisches Stellglied.
-
Die feste und stabile Stützfläche ist als ebenso eben wie das
biegsame Blattelement offenbart, das die Durchflußkanäle
abdichtet.
-
Das biegsame Blattelement ist ein Mehrfach-Membranblatt, das
aus Polyurethan oder Silicon und mit ausreichender Dicke derart
hergestellt ist, daß die auf den Schaftenden gebildeten Köpfe
der mechanischen Stellglieder am Blatt befestigt werden können.
Dazu muß das Blatt eine beträchtliche Dicke aufweisen. Weil das
Blatt ein Elastomer ist, könnte es, wenn man es irgendwie
dünner machen könnte, gasdurchlässig werden, was nicht
wünschenswert ist.
-
Die Stellglieder, die nicht nur massig sondern auch schwer sind
und eine beträchtliche Leistung für eine Betätigung erfordern,
werden magnetisch betätigt. Dies begrenzt die Wirkungsweise des
Ventils etwas, insbesondere wenn viele gleichartige Ventile in
einer Mehrfachanordnung zusammengebaut werden. Die Stellglieder
erfordern auch eine außerordentlich empfindliche Justierung.
-
In Übereinstimmung mit meiner früheren Erfindung wird das
biegsame Blatt auf physikalische Weise in eine Öffnung hinein
nach unten gezogen, so daß die Fläche des Blattes, das mit der
festen und stabilen Stützfläche in Eingriff kommen kann,
von dieser Fläche zurückgezogen wird, so daß zwei oder mehr
Fluiddurchgangswege in Verbindung treten. Die Biegung erfolgt
vollständig in eine Richtung, d.h. nach unten von der
Waagerechten und wieder zurück in die Waagerechte.
-
Wenn das biegsame Blatt von der Stützfläche weggezogen wird,
legt es ebenfalls in Übereinstimmung mit meiner früheren
Erfindung die Stegfläche frei, die mit der Stützfläche
zusammenfällt. Es wird ein Raum erzeugt, der, wenn er mit einem
von einem Kanal oder Durchgangsweg zufließenden Fluid gefüllt
ist, sich dann über den zweiten oder zusätzliche Durchgangswege
entleeren kann, die mit dem Raum in Verbindung stehen. Es wäre
wünschenswert, wenn man den Fluß über die Stegfläche mittels
eines Kanals so führen oder lenken könnte, daß ein derartiger
Fluß im wesentlichen unmittelbar nach Entfernen der biegsamen
Blattfläche von der Stützfläche stattfinden könnte, als darauf
zu warten, daß sich der Raum füllt oder im wesentlichen füllt.
-
Es wäre wünschenswert, wenn man die Biegung des biegsamen
Blattes auf ein Minimum reduzieren könnte, um an irgendeinem
Punkt oder Punkten eine übermäßige Spannungskonzentration zu
vermeiden und um zweitens die Neigung des Blattes, über seine
Fließgrenze hinaus beansprucht zu werden, zu reduzieren.
-
Es wäre auch wünschenswert, wenn man das magnetisch betätigte
Mittel, das dazu dient, das biegsame Blatt von der Stützfläche
auf physikalischem Wege nach unten weg zu ziehen, durch etwas
Einfacheres und ebenso Zuverlässiges ersetzen könnte. Eine
Vorrichtung mit weniger Masse und Gewicht, die überhaupt keine
Justierung benötigt, würde ein wesentlicher Vorteil sein. Ich
habe gefunden, daß der Druck eines Fluids und/oder Vakuum ideal
für diesen Zweck sind.
-
Die Gedanken auf obige Ziele gerichtet, ist es möglich gewesen,
ein mittels eines biegsamen Blattes betriebenes Ventil
herzustellen, das von Gewicht geringer, weniger massig, weniger
kompliziert, zuverlässiger und weniger kostspielig als
diejenigen ist, die in Übereinstimmung mit meiner früheren
Erfindung hergestellt wurden.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung liegt in einem Ventil oder in einer
Mehrfachventilanordnung, die mehr als ein Ventil umfassen kann.
Jedes Ventil umfaßt als solches mindestens ein
Ventilgehäuseteil, das auch erstes Gehäuseteil genannt wird.
Das Gehäuse weist eine erste Fläche auf, die auch die
Ventilgehäusefläche genannt wird. Wie in meiner früheren
Erfindung ist die erste Fläche fest und stabil. Es gibt ein
biegsames Ventilblattelement, das eine Fläche aufweist, die
dazu dient, mit der Ventilgehäusefläche in Anschmiege- und
Paßeingriff zu kommen. Es gibt mindestens zwei
Fluiddurchgangswege, die als erster und zweiter Durchgangsweg
bezeichnet werden, von denen mindestens einer in der Fläche des
Ventilgehäuseteiles ausgebildet ist. Die Fluiddurchgangswege
werden durch eine Stegfläche getrennt, die zwischen ihnen
liegt. Bis zu diesem Punkt ist das Ventil im wesentlichen
dasselbe wie das Ventil, das in meinem früheren US-Patent
4,304,257 offenbart ist.
-
In dem früheren Patent fiel die gesamte Oberfläche der
Stegfläche mit der Fläche des ersten Gehäuseteiles zusammen.
-
Die NL-A-6711928 offenbart ein Ventil nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gekennzeichnet.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist wie in Anspruch
1 und in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beansprucht.
-
Es gibt Mittel, die im folgenden als pneumatisch erläutert
sind, die dazu vorgesehen sind, das Blattelement zwischen einer
ersten Stellung, bei der die Ventilblattfläche in Paß und
Dichteingriff mit der Ventilgehäusefläche steht, wodurch der
Durchfluß zwischen dem ersten und zweiten Durchlaßweg durch
Abdichten blockiert wird, und einer zweiten Stellung, bei der
die Blattfläche von der ersten Stellung beabstandet ist,
wodurch ein Durchfluß zwischen dem ersten und zweiten
Durchgangsweg über die Stegfläche stattfinden kann, zu biegen.
-
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung findet,
sobald sich das biegsame Blatt eine geringe Strecke von der
ersten Fläche wegbewegt hat und bevor ein beträchtlicher Spalt
oder Hohlraum zwischen dem biegsamen Blatt und der ersten
Fläche erzeugt ist, der Durchfluß zunächst durch den vertieften
Teil der Stegfläche oder des Kanals statt. Dies erhöht die
Ansprechgeschwindigkeit des Ventils und gestattet, daß sich das
biegsame Blatt von der Fläche des ersten Gehäuseteiles
"abschält".
-
In meiner früheren Erfindung war die erste oder feste und
stabile Fläche als eben offenbart, und folglich war die
Stegfläche eben. In der vorliegenden Erfindung ist es
unerheblich, ob diese Fläche und die Stegfläche eben sind. Sie
können, wie im folgenden ersichtlicher wird, bogenförmig oder
teilweise bogenförmig und teilweise eben sein.
-
In Übereinstimmung mit einem anderen Merkmal der Erfindung
umfaßt das Ventil ein zweites Gehäuseteil, das eine zweite
Fläche aufweist, die der ersten Fläche gegenüberliegt. Das
biegsame Blatt oder das Ventilblattelement liegt zwischen der
ersten und der zweiten Fläche. Im ersten Gehäuseteil ist ein
Hohlraum ausgebildet. Er wird durch eine konkave Fläche, die
in der ersten Fläche ausgebildet ist, und durch die Seite des
biegsamen Blattes, die der ersten Fläche gegenüberliegt,
erzeugt und begrenzt.
-
Es gibt im ersten Gehäuseteil mindestens zwei
Fluiddurchgangswege, die mit dem Hohlraum in Verbindung stehen,
und welche Durchgangswege in der konkaven Fläche enden. Sie
befinden sich an beabstandeten Stellen. Es ist ein
pneumatisches Mittel vorgesehen, um das Blatt gegen das erste
Gehäuseteil und von ihm weg zu biegen. Wenn das biegsame Blatt
weggebogen ist, treten die Durchgangswege mittels des Hohlraums
miteinander in Verbindung. Wenn das biegsame Blatt jedoch gegen
das erste Gehäuseteil gedrückt ist, das die erste Fläche und
die konkave Fläche umfaßt, sind die Durchgangswege
gegeneinander abgedichtet. In diesem Ausführungsbeispiel der
Erfindung biegt sich das biegsame Blatt nur in eine Richtung,
mit anderen Worten, von einer ebenen Konfiguration in eine
konvexe Konfiguration hinein und aus ihr heraus.
-
Da der Flächeninhalt des ungebogenen Blattes zu Beginn der
Inhalt der ebenen kreisförmigen Fläche ist, gemessen als
Schnittfläche oder Ebene, die die Grundfläche des Hohlraums
ist, ist er geringer als der Inhalt der Fläche, die es
einnimmt, wenn es mit der konkaven Fläche des Hohlraums in
gebogenem Eingriff steht, weswegen das biegsame Blatt dann
gestreckt und faltenfrei gemacht wird.
-
Ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt die
Erzeugung eines Hohlraums im zweiten Gehäuseteil, das auf der
gegenüberliegenden Seite des biegsamen Blattes gelegen ist. Der
zweite Hohlraum wird durch eine konkave Fläche, die in der
zweiten Fläche und folglich im zweiten Gehäuseteil ausgebildet
ist, und der Fläche des Blattes, die dem zweiten Hohlraum
gegenüberliegt, erzeugt und begrenzt.
-
Es wird ein pneumatisches Mittel verwendet, um das Blatt in
Richtung auf und gegen die konkave Fläche im ersten Gehäuseteil
zu biegen, um die Durchgangswege abzudichten, und um das Blatt
von der ersten konkaven Fläche weg zu biegen, so daß es zur
Horizontalen zurückkehrt und dann seinen Weg in derselben
Richtung weg von der Horizontalen in den zweiten Hohlraum
hinein fortsetzt. In der neutralen Stellung ist das biegsame
Blatt eben und ungebogen, aber da die konkaven Flächen in
diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Abmessung besitzen,
brauchen ihre Höhen nur halb so groß zu sein wie im Fall, wenn
es nur eine Fläche geben würde. Die Biegung ist im Unterschied
zu meiner früheren Erfindung, wo nur eine Biegung von der
horizontalen zur bogenförmigen Geometrie stattfand, in
entgegengesetzten Richtungen gleich groß.
-
Folglich ist die Amplitude der Biegung in der einen Richtung
50% und in der anderen Richtung 50%, wodurch der Betrag der
Biegung im biegsamen Blatt in jeder Richtung auf die Hälfte
reduziert wird und folglich die Lebensdauer erhöht wird. Auch
wird das Ausmaß an dauerhafter Verformung des biegsamen Blattes
entsprechend verringert.
-
In Übereinstimmung mit einem besonderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Flächeninhalt der Grundfläche der zweiten
konkaven Fläche und folglich des Hohlraums im zweiten
Gehäuseteil größer als derjenige der ersten konkaven Fläche.
Folglich besitzt der Hohlraum einen größeren Flächeninhalt und
ein größeres Volumen.
-
Im Fall, daß zum Biegen des Blattes Fluiddruck und/oder
alternativ Vakuum verwendet wird, beispielsweise durch eine
Preßluft- oder Vakuumquelle, die über einen Steuerdurchgangsweg
mit dem zweiten Hohlraum in Verbindung stehen, wird gleicher
Druck in beiden Hohlräumen eine größere Kraft auf die
Blattfläche erzeugen, die dem Hohlraum mit dem größeren
Flächeninhalt zugewandt ist, wobei die Kraft das Produkt aus
Druck mal Flächeninhalt ist. Folglich kann eine einzige
Druckquelle verwendet werden, wenn einer der Durchgangswege ein
unter Druck stehendes Fluid bei einem vorgegebenen Druck
aufweist, der ausreicht, um einen Fluß in den Hohlraum hinein
und aus dem zweiten Durchgangsweg hinaus zu verursachen.
Dieselbe Druckquelle kann verwendet werden, um das biegsame
Element in den ersten Hohlraum hinein vorzuspannen oder zu
biegen und die Durchgangswege abzudichten. Dies beseitigt die
Notwendigkeit für eine Quelle mit zwei verschiedenen Drücken.
-
Zur leichten und genauen Herstellung können die Hohlräume in
den Gehäuseteilen durch einen Kugel-Stirnfräser hergestellt
werden, wodurch sich Hohlräume ergeben, welche Kugelkalotten
darstellen. Folglich ist die Stegfläche zwischen den
Fluiddurchgangswegen, die mit dem ersten Hohlraum in Verbindung
stehen, als sphärische Fläche ausgebildet. Außerdem können in
diesem Ausführungsbeispiel dadurch Vorteile erreicht werden,
daß quer über die Oberfläche der Stegfläche ein Kanaldurchstich
direkt von einem Durchgangsweg zu einem anderen ausgebildet
ist, der nicht nur den Anfangsfluß des Fluids von einem
Durchgangsweg zu einem anderen begünstigen wird, sondern auch
zusätzlich Oberfläche zur Unterbringung etwaiger Falten zur
Verfügung stellt, die im biegsamen Blatt ausgebildet sein
können, und folglich unerwünschte Fluidtaschen ausschließen
wird, die zur Querkontamination und zum Transport über die
Stegfläche beitragen würden.
-
Durchgangswege zusätzlich zum Fluß durch den erfindungsgemäßen
Kanal können viele Formen aufweisen. Sie können Bohrungen im
ersten Gehäuseteil sein, die direkt im ersten Hohlraum
einmünden. Sie können Kanäle oder Nuten sein, die in der ersten
Fläche ausgebildet sind, die den Hohlraum durchdringen. Sie
können weiter Durchgangskanäle sein, die jedoch nicht per se
voneinander oder von anderen Durchgangswegen durch Schließen
des Ventils getrennt werden, oder es kann sich um irgendeine
Kombination von Nuten oder Bohrungen oder Kanälen handeln, die
wahlweise gegeneinander abgedichtet und teilweise oder
insgesamt gegeneinander freigegeben werden.
-
Die Kanäle, die in den Stegflächen gebildet werden, können den
Durchfluß-Durchgangsweg mit einem oder mehreren Durchgangswegen
verbinden.
-
Um zu verhindern, daß der biegsame Film, der ein Polyester sein
kann, beispielsweise ein Polyethylenfilm, der von Dupont im
Handel unter dem Warenzeichen Mylar vertrieben wird, sich von
der zweiten Fläche ablöst, wenn er in die Dichtungsstellung
gezwungen oder vorgespannt wird, wird er an dieser Fläche durch
Druckbonden oder chemisches Bonden oder ein geeignetes
Klebemittel befestigt, da diese zweite Fläche nicht mit den
Fluiden in Verbindung steht, die durch das Ventilsystem
hindurchtreten.
-
Die obenerwähnten und andere Merkmale der Erfindung,
einschließlich verschiedener neuer Konstrukt ionseinze lheiten
und Kombinationen von Teilen, werden nun detaillierter mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben und in den
Ansprüchen dargelegt. Es versteht sich, daß das spezielle
Ventil mit dem biegsamen Blattelement, das die Erfindung
verkörpert, nur zum Zweck der Erläuterung der Erfindung
dargestellt ist und nicht als Einschränkung zu verstehen ist.
-
Die Figuren 1 bis 13 der Zeichnungen zeigen Ventile, die nicht
in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen. Die Figuren
14 bis 23 zeigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung. Hiervon zeigen:
-
Fig. 1 eine perspektivische auseinandergezogene
Ansicht eines Ventilmoduls mit neun Ventilen in gegenüber
der Wirklichkeit vergrößertem Maßstab;
-
Fig. 2 eine Schnittwiedergabe eines Ventilgehäuses in einem
stark vergrößerten Maßstab;
-
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Unterseite des wirklichen
Ventilsitzplatzes des in Fig. 2 gezeigten Ventils;
-
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Ventils in geöffneter
Stellung in einem vergrößerten aber kleineren Maßstab als
Fig. 2;
-
Fig. 4a das Ventil von Fig. 4 in geschlossener Stellung;
-
Fig. 5 ein anderes Ventil in geöffneter Stellung;
-
Fig. 5a das Ventil von Fig. 5 in geschlossener Stellung;
-
Fig. 6 ein anderes Ventil in geöffneter Stellung;
-
Fig. 6a das Ventil von Fig. 6 in geschlossener Stellung;
-
Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII von Fig.
4;
-
Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII von
Fig. 5;
-
Fig. 9 noch ein anderes Ventil, das im Vertikalschnitt
gezeigt ist;
-
Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie X-X von Fig. 9;
-
Fig. 11 noch ein anderes Ventil;
-
Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie XII-XII von Fig.
11;
-
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Ventilmoduls mit
acht Ventilsitzen, die durch ein erläuterndes Array von
Durchgangswegen miteinander verbunden sind;
-
Fig. 14 eine Schnittwiedergabe eines erfindungsgemäßen
Ventilgehäuses in einem stark vergrößerten Maßstab,
ähnlich Fig. 2;
-
Fig. 15 eine Draufsicht von unten des Ventilsitzes des in
Fig. 14 gezeigten Ventils;
-
Fig. 16 eine vertikale Schnittansicht eines anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in einem
vergrößerten Maßstab;
-
Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie XVII-XVII von
Fig. 16;
-
Fig. 18 ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel;
-
Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie XIX-XIX von Fig.
18;
-
Fig. 20 eine Schnittansicht noch eines anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
-
Fig. 21 eine Schnittansicht längs der Linie XXI-XXI von Fig.
20;
-
Fig. 22 eine Schnittansicht noch eines anderen
erfindungsgemäßen Ventils; und
-
Fig. 23 eine Schnittansicht längs der Linie XXIII-XXIII von
Fig. 22.
-
In der Figur 1 sieht man eine auseinandergezogene Ansicht einer
Ventilanordnung, die auch als ventilmodul oder Ventilmatrix,
bezeichnet durch den Bezugsbuchstaben M, bekannt ist. Das Modul
M umfaßt ein erstes Ventilgehäuseteil 2 und ein zweites
Ventilgehäuseteil 4, die man auch als oberes bzw. unteres
Ventilgehäuseteil bezeichnen kann. Sie können aus Acrylmaterial
oder irgendeinem anderen nichtkorrosivem, relativ inertem
Material hergestellt sein, das maschinell bearbeitet oder
geformt sein kann.
-
Die Ventilgehäuseteile stehen miteinander an einer Grenzfläche
6 in Berührung. An der Grenzfläche liegt ein biegsames
Ventilblattelement 8, welches im erläuternden
Ausführungsbeispiel ein Blatt aus Polyethylenfilm des Typs ist,
der von Dupont unter dem Warenzeichen Mylar im Handel
vertrieben wird. In diesem Fall ist das Blatt Mylar ungefähr
0,0013 cm (.0005 inch) dick, obwohl es nicht darauf beschränkt
ist. In der Tat kann es je nach Anwendung dicker oder dünner
sein. Löcher 9 im Blatt 8 erlauben ein besseres Verbinden der
Gehäuseteile 2 und 4 und verringern die Gesamtkraft, die
benötigt wird, um Teile der Oberfläche des biegsamen Blattes
abzudichten.
-
Eine Mehrzahl von Durchgangswegen 10, durch die ein Fluid
strömen kann, sind in einem der Gehäuseteile ausgebildet, in
diesem Fall im oberen oder ersten Gehäuseteil 2. Wie im
folgenden klarer werden wird, können die Durchgangswege 10
Löcher, Nuten, Durchflußkanäle oder von irgendeiner üblichen
Fluidleitungsform sein. Verschiedene Verbindungsrohre 12 führen
zu den Durchgangswegen 10 hin und von ihnen weg zu einem
Reservoir und/oder anderen Anlagenteilen.
-
Ein typisches einzelnes Ventil ist im Querschnitt aus Fig. 2
ersichtlich, deren Maßstab wesentlich größer ist als der
Wirklichkeit entspricht. Die Gehäuseteile 2 und 4 sind an der
Grenzfläche 6 aneinander befestigt, wobei das biegsame Blatt
8 aus Mylar zwischen sie gelegt ist. Die Gehäuseteile können
beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen miteinander
verbunden sein. In diesem Fall sind sie durch Molekularbonden
verbunden.
-
Das erste Gehäuseteil weist eine erste Fläche 16 auf. Wie in
meinem früheren Patent ist die Fläche 16 eine "feste und
stabile Fläche". Die obere Fläche 18 des Blattes 8 kann mit der
Fläche 16 in Berührung treten.
-
Ein Paar längliche Durchlaßwege 20 und 22, die zur bequemen
Herstellung im Querschnitt halbkreisförmig, aber nicht
notwendigerweise so sind, sind im oberen Gehäuseteil 2
ausgebildet. Diese Durchgangswege sind in Fig. 1 als
Durchgangswege 10 in allgemeinen Umrissen dargestellt. Sie
enden an Punkten 24 und 26 (Fig. 3), die voneinander
beabstandet sind.
-
Zwischen den Endpunkten 24 und 26 der Durchgangswege 20 und 22
gibt es einen Teil des ersten Gehäuseteiles, der eine gebogene
Stegfläche 28 ist, wie im folgenden weiter beschrieben wird.
-
Jedes der Enden der Durchgangswege ist durch transversale
Bohrungen 34 und 36 mit den Rohren 12 verbunden, die wiederum
mit Fluidquellen, Reservoiren oder einem anderen Anlagenteil
verbunden sein können. Der Zweck des Ventils ist es, einen
Strömungsweg zwischen den Durchgangswegen 20 und 22 zu
schließen bzw. freizugeben.
-
Im ersten Gehäuseteil 2 ist ein Hohlraum 40 ausgebildet, und
er wird durch eine konkave Fläche 46, die in der ersten Fläche
16 ausgebildet ist, und durch die obere Fläche 18 des biegsamen
Blattes 8, die der ersten Fläche 16 gegenüberliegt, erzeugt und
begrenzt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Hohlraum 40 eine
Kugelkalotte mit einem Umfangsrand 48 (Fig. 3) in der ersten
Fläche 16. Folglich ist die Stegfläche 28 bogenförmig.
-
In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Stegfläche 28 von
einer Seite zur anderen ungefähr 0,0762 cm (.03 inch), d.h. vom
Punkt 24 bis 26. Die Tiefe (oder Höhe) des Hohlraums beträgt
ungefähr 0,013 cm (.005 inch), wobei der Hohlraum durch einen
Kugel-Stirnfräser mit 1,985 cm (25/32 inch) Durchmesser
gebildet worden ist. Diese Abmessungen sind beispielhaft für
ein Ventil, von dem gefunden wurde, daß es zufriedenstellend
arbeitet.
-
Ein Steuerdurchgangsweg 50 ist durch eine geeignete Leitung 52
mit einer Druck- und/oder Vakuumquelle 54 verbunden. Der
Steuerdurchgangsweg 50 ist in dem zweiten Gehäuseteil 4
ausgebildet und endet in der zweiten Fläche 51, die die obere
Fläche des Ventilgehäuseteils 4 darstellt. Demgemäß steht der
Steuerdurchgangsweg mit der unteren Fläche 53 des biegsamen
Blattes 8 in Verbindung. Wenn der Steuerdurchgangsweg 50 unter
Druck gesetzt wird, wird das biegsame Blatt 8 nach oben in den
Hohlraum 40 hinein und in Dichteingriff mit der Stegfläche 28
in Bewegung gesetzt, wodurch die Flächen 54 und 56, wo sich die
Durchgangswege 20 und 22 mit dem Hohlraum 40 schneiden,
abgedichtet werden.
-
Solange wie Druck gegen die untere Fläche 53 des Blattes 8
ausgeübt wird, befindet sich das Ventil in geschlossener
Stellung. Wenn der Druck im Steuerdurchgangsweg 50 verringert
wird oder wenn er ein negativer Druck ist, wird das Blatt zu
der in Fig. 2 gezeigten Stellung zurückkehren, und das Fluid
kann mittels des Hohlraums 40 wieder zwischen den
Durchgangswegen 20 und 22 fließen.
-
Wie folglich soweit beschrieben, umfaßt ein Ventil ein erstes
Gehäuseteil 2, das eine erste Fläche 16 aufweist. Es gibt ein
zweites Gehäuseteil 4, das eine zweite Fläche 51 aufweist, die
der ersten Fläche 16 gegenüberliegt, und ein biegsames Blatt
8 liegt zwischen der ersten und der zweiten Fläche. Der
Hohlraum 40 ist im ersten Gehäuseteil 2 ausgebildet, und er
wird durch die konkave Fläche 46, die die Fläche 16 in einem
Kreisumfang 48 schneidet, und durch die Seite 18 des biegsamen
Blattes 8 begrenzt. Die beiden Fluiddurchgangswege 20 und 22
stehen mit dem Hohlraum 40 an beabstandeten Stellen 24 und 26
in Verbindung. Eine Druck- und/oder Vakuumquelle 54, die mit
dem Steuerdurchgangsweg 50 verbunden ist, biegt das Blatt auf
das erste Gehäuseteil 2 zu und von ihm weg, wodurch, wenn das
Blatt 8 nach oben gebogen ist, die Durchgangswege 20 und 22
voneinander abgedichtet sind, und wenn das biegsame Blatt 8 vom
ersten Gehäuseteil weggebogen ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich,
die Fluiddurchgangswege mittels des Hohlraums 40 miteinander
in Verbindung gebracht sind.
-
Als praktische Maßnahme kann die untere Fläche des Blattes 8,
d.h. die Fläche 53, an der Fläche 51 des unteren Gehäuseteils
4 außerhalb des Umfangs 48 des Hohlraums 40 angeklebt oder auf
eine andere Weise befestigt werden, um sicherzustellen, daß
sich das biegsame Blatt den Kontakt mit dem unteren Gehäuseteil
verlierend abschält, welche Maßnahme verhindern kann, daß
Blasen und Undichtigkeiten zwischen den Steuerdurchgangswegen
50 auftreten.
-
Die geöffneten und geschlossenen Stellungen des Ventils sind
schematisch in den Figuren 4 und 4a gezeigt. Fig. 4 zeigt die
Durchgangswege 20 und 22 mittels des Hohlraums 40 in freier
Verbindung, und Fig. 4a zeigt sie durch das flexible Blatt 8
geschlossen. Die relativen Lagen der Teile sind auch in den
Figuren 7 und 8 erläutert.
-
Man wird feststellen, daß die eigentliche Biegung des Blattes
8 am Umfang 48 des Hohlraums 40 stattfindet. Wenn sich das
Dichtblatt 8 in der geschlossenen Stellung befindet, d.h. der
in Fig. 4a gezeigten Stellung, ist der Flächeninhalt des dann
bogenförmigen, gebogenen Teils größer als der Inhalt der ebenen
Fläche des ungebogenen Teils. Das Blatt bildet, wenn es gebogen
ist, einen kugelförmigen Dom, der durch die Fläche 46 des
Hohlraums 40 begrenzt wird.
-
Wenn sich ein Blatt in der ungebogenen Stellung oder
derjenigen, die in Fig. 4 gezeigt ist, befindet, entspricht der
Flächeninhalt des Teils dem einer ebenen Kreisfläche mit einem
Umfang 48. Folglich wird das Blatt in der gegen die Fläche 46
des Hohlraums gebogenen Stellung bis zu einem gewissen Grad
gestreckt, wodurch etwaige Falten oder Hohlräume beseitigt
werden, und es findet ein Abdichten von guter Qualität statt.
Dies ist auch beim Betrachten von Fig. 7 ersichtlich. In den
als nächstes betrachteten Figuren 5 und 5a ist ein zweites
Ventil dargestellt, bei dem es einen zweiten Hohlraum 41 gibt,
der im zweiten Gehäuseteil 4 des Ventils ausgebildet ist. Er
befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des biegsamen
Blattes 8, und er wird durch eine konkave Fläche 43, die auch
kugelförmig sein kann, welche in der Fläche 51 des unteren
Gehäuseteils 4 ausgebildet ist, und der gegenüberliegenden
Seite 53 des biegsamen Blattes 8 begrenzt.
-
In dieser Abwandlung wird, wenn der Steuerdurchgangsweg 50
unter Druck gesetzt wird, der Hohlraum 41 unter Druck gesetzt,
wodurch bewirkt wird, daß sich das biegsame Blatt in den
Hohlraum 40 hinein nach oben bewegt, wodurch die Durchgangswege
20 und 22 abgedichtet werden, wie aus Fig. 5a ersichtlich ist.
Wenn der Druck im Steuerdurchgangsweg 50 verringert wird, wird
der Druck in den Hohlräumen 40 und 41 gleich, und das Blatt
wird die ungebogene Stellung einnehmen, wie in Fig. 5 gezeigt.
Man bemerke, daß es Falten aufweist, da es gedehnt worden ist,
als es sich zuerst nach oben ausdehnte. Umgekehrt kann, wenn
der Druck im Durchgangsweg 50 negativ ist, das biegsame Blatt
8 nach unten in den Hohlraum 41 hinein gezogen werden und mit
der Fläche 43 in Berührung treten. In der Stellung der Fig. 5
ist das Ventil "geöffnet", und in der Stellung der Fig. 5a ist
das Ventil "geschlossen".
-
Ein anderes Ventil ist in den Figuren 6 und 6a gezeigt. Der
zweite hierin mit 45 bezeichnete Hohlraum weist einen größeren
Durchmesser auf als der Hohlraum 40 im ersten Gehäuseteil 2.
Deswegen wird, wenn in den beiden Hohlräumen 40 und 45 gleicher
Druck herrscht, auf die Fläche 53 des biegsamen Blattes 8 eine
größere Kraft als auf die Fläche 18 des biegsamen Blattes 8
ausgeübt. Folglich wird das biegsame Blatt 8 durch einen Druck,
der wegen des Flächeninhaltes der Schicht, auf die er wirkt,
kleiner sein kann als der Druck in den Durchgangswegen 34 und
36 in die geschlossene Stellung vorgespannt werden, wie aus
Fig. 6a ersichtlich. Als Endresultat davon kann eine einzige
Druckquelle verwendet werden, wenn einer der Durchgangswege 34
oder 36 ein Fluid mit einem vorgegebenen Druck aufweist, der
ausreicht, um einen Fluß in den Hohlraum 40 hinein und aus dem
zweiten Durchgangsweg heraus zu verursachen. Dieselbe
Druckquelle kann verwendet werden, um das flexible Blatt 8 in
den ersten Hohlraum hinein zu biegen und die Durchgangswege 20
und 22 abzudichten. Dies beseitigt die Notwendigkeit für eine
zweite Druckquelle. Unterschiedliche Durchmesser verteilen auch
die Biegebeanspruchung auf zwei Kreise und erhöhen die
Lebensdauer des Blattes 8, wobei die Kreise die jeweiligen
Durchmesser der Hohlräume sind.
-
Wie als nächstes die Figuren 9 und 10 zeigen, wird dort
veranschaulicht, daß das Ventil im oberen Gehäuseteil 2 keinen
Hohlraum aufweist, vielmehr ungefähr in der gleichen Weise
konstruiert ist, wie das in meinem früheren Patent gezeigte
Ventil. Es gibt eine Kammer 60 in dem unteren oder zweiten
Gehäuseteil 4, mit welcher der Durchgangsweg 50 verbunden ist,
damit das biegsame Blatt 8 nach unten gezogen werden kann, um
das Ventil wie in meinem früheren Patent zu öffnen. Jedoch ist
die feste und stabile Fläche 16, auf die in meinem früheren
Patent Bezug genommen wurde, die die Stegfläche 28 zwischen den
Durchgangswegen 20 und 22 umfaßt, mit einer Nut, einem Kanal
oder Kanaldurchstich 62 zwischen den Durchgangswegen versehen.
Mit anderen Worten, mindestens ein Teil der Oberfläche der
Stegfläche, der Teil, der der Kanal 62 ist, ist vertieft, wenn
auch relativ zur Fläche 16 des Ventilgehäuseteils 2 nach oben.
Folglich stimmt der gesamte Stegflächenteil 28 nicht mit der
festen und stabilen Fläche 16 überein. In diesem
Ausführungsbeispiel findet, wenn das Ventil geöffnet ist,
zuerst ein Fluß durch den vertieften Teil oder Kanaldurchstich
62, wie er auch genannt wird, statt, sobald sich das biegsame
Blatt 8 eine geringe Strecke von der Fläche 16 wegbewegt hat
und bevor ein beträchtlicher Spalt oder Hohlraum zwischen der
biegsamen Blattfläche 9 und der Fläche 16 erzeugt wird. Dies
erhöht die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils. Der
Kanaldurchstich 62 begünstigt das Öffnen des Ventils, besonders
wenn das Ventil eine Neigung zeigt, kleben zu bleiben. Er
begünstigt, daß das Öffnen in Gang gesetzt wird, wodurch sich
das Ventilblattelement 8 "abschält", wenn sich das Ventil
öffnet. Diese Erscheinung ist nicht unähnlich zu der, wenn sich
ein biegsamer Saugnapf von einer glatten Fläche löst. Ihn
gerade abzuziehen, erfordert viel Kraft, aber das Lösen elnes
Randteils im voraus erlaubt, ihn leicht "abzuschälen". Der
Kanaldurchstich 62 trägt auch eine größer bemessene Oberfläche
und begünstigt einen Ausgleich für Falten und verhindert einen
Flüssigkeitseinschluß.
-
Dasselbe Konzept ist in Fig. 11 veranschaulicht, wo es im
ersten Gehäuseteil 2 einen Hohlraum 40 gibt, und wo es einen
bogenförniigen Kanaldurchstich 64 gibt, der in der bogenförmigen
Fläche 46 des Hohlraums 40 ausgebildet ist. Hier kommt dasselbe
Wirkungsprinzip wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 zur
Anwendung.
-
Die Fig. 11 veranschaulicht auch ein weiteres Ventil, bei dem
die Durchgangswege 20" und 22" in der obersten Fläche 66 des
oberen Gehäuseteils 2 als Kanäle ausgebildet sind und mittels
vertikaler Durchgangswege 68 und 70 in einem rückwärtigen
Gehäuseteil 72, das mit der Fläche 66 des Gehäuseteils 2 in
Berührung steht und praktisch die Durchgangswege 20" und 22"
abdichtet, mit dem Hohlraum 40 in Verbindung stehen. Die Rohre
oder Leitungen 12, 12' sind folglich in dem rückwärtigen
Gehäuseteil 72 ausgebildet, während sie früher direkt im ersten
Gehäuseteil 2 untergebracht waren.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Verwendung von
mindestens einem Durchfluß-Durchgangsweg als
Fluiddurchgangsweg. Wie aus den Figuren 14 und 15 ersichtlich,
ist ein Durchfluß-Durchgangsweg oder Kanal 80 zuerst außerhalb
des Hohlraums 40 in der ersten Fläche 16 ausgebildet, tritt
dann durch den Hohlraum hindurch und erstreckt sich schließlich
wieder außerhalb des Hohlraums, während er in der Fläche 16
verläuft. Der andere Durchgangsweg ist als Bohrung 82
dargestellt, die direkt in dem Hohlraum 40 endet und mit ihm
in Verbindung steht. Die Stegf läche 28 liegt zwischen dem
Durchflußkanal 80 und der Bohrung 82.
-
Man wird bemerken, daß die Tiefe der Bohrung, d.h. die
Entfernung der Fläche 16 von einem Punkt 84, der der
Scheitelpunkt des Durchflußkanals ist, wie aus Fig. 14
ersichtlich, weiter reicht, wenn auch nach oben, als die Fläche
46 des Hohlraums.
-
Wenn das biegsame Ventilblattelement 8 gegen die Fläche 46
gebogen wird, wird der Kanal 80 nicht vollständig blockiert,
und der Fluß wird fortbestehen. Der Kanal wird jedoch um etwa
20 bis 30% seines Flächeninhalts eingeschränkt, aber das Fluid
wird fortfahren zu strömen. Bei Biegung des Ventilblattes 8
wird jedoch der Fluß durch den Durchgangsweg 82 gegenüber dem
Hohlraum 40 und folglich der Fluß durch den Kanal 80
abgeblockt.
-
Aus Fig. 13 sind verschiedene Konfigurationen von
Durchflußkanälen in Kombination mit anderen Durchgangswegen
ersichtlich. Bei dem Ventilsitz 40a ganz oben in der Mitte
befinden sich ein gerader Durchflußkanal 80 und ein
Durchgangsweg 82, die den Hohlraum 40 wie in den Figuren 14 und
15 dargestellt schneiden. Ein Fluß kann bei dem Durchfluß-
Durchgangsweg 80 in jeder Richtung d.h. nach rechts oder links
stattfinden. Auf der rechten Seite liegt ein Hohlraum oder
Ventilsitz 40b, der einen Fluiddurchgangsweg 22, wie
beispielsweise ähnlich demjenigen, der in den Figuren 2 und 3
gezeigt ist, und einen direkten Durchgangsweg 82 umfaßt.
-
Beim Ventilsitz 40c befindet sich eine Umlenkbiegung 84 im
Durchfluß-Durchgangsweg.
-
Beim Ventilsitz 40d befindet sich ein im wesentlichen gerader
Durchfluß-Durchgangsweg mit einem kleinen Winkel bei 86. Der
Durchfluß-Durchgangsweg setzt sich zum Ventilsitz 40e fort, wo
er mittels eines geraden Durchgangsweges 22e in den Hohlraum
eintritt und durch einen Durchgangsweg 20e austritt.
-
Ebenfalls aus dem Ventilsitz 40d tritt ein gerader
Durchgangsweg 20d aus, der zum Ventilsitz 40f führt und durch
einen geraden Durchgangsweg 20f eintritt.
-
Eine 90º-Biegung tritt im Durchgangsweg bei 88 auf, und eine
andere Umlenkbiegung 90 tritt im Ventilsitz 40f auf. Noch eine
andere 90º-Biegung 92 tritt im Ventilsitz 40g auf und setzt
sich zu einem geraden Durchgangsweg 22h im Ventilsitz 40h fort.
-
Jeder der Ventilplätze (-sitze) weist sein eigenes biegsames
Ventilblattelement auf, das unabhängig in einer
vorprogrammierten Weise relativ zu den anderen Ventilen in
geschlossene und geöffnete Stellungen betätigt wird.
-
Die verschiedenen Ventilkombinationen sind in Bezug auf die
Figuren 16 bis 23 ersichtlich. Die Figuren 16 und 17
veranschaulichen ebenso wie die Figuren 14 und 15 einen geraden
Fluß durch den Ventildurchgangsweg 80 und einen direkten
Durchgangsweg 82 im Ventilsitz oder Hohlraum 40.
-
Die Figuren 18 und 19 veranschaulichen einen geraden Durchfluß-
Durchgangsweg 80 in Kombination mit einem geraden Durchgangsweg
22. Die Stegfläche 28 zwischen ihnen umfaßt einen
Kanaldurchstich 62 von der in den Figuren 11 und 12 gezeigten
Art.
-
Die Figuren 20 und 21 veranschaulichen 90º-Durchflußventile 94
und 95, die, wenn sie geöffnet sind, ein Mischen von Fluiden
im Hohlraum 40 erlauben, und wenn sie geschlossen sind, die
Verbindung unterbrechen, und das Fluid wird unabhängig durch
die Durchgangswege 94 und 95 fließen ohne sich zu vermischen.
-
Die Figuren 20 und 21 veranschaulichen auch einen Hohlraum 41
im unteren oder zweiten Gehäuseteil 4 des in Fig. 5 gezeigten
Typs, d.h. mit demselben Durchmesser wie der Hohlraum 40.
-
Die Figuren 22 und 23 zeigen, daß der Hohlraum 45 im zweiten
Gehäuseteil 4 einen größeren Durchmesser aufweist als der
Hohlraum 40 im oberen Element.
-
Die Figuren 22 und 23 veranschaulichen auch die Kombination
eines geraden Durchgangsweges 82 und eines 90º-Durchfluß-
Durchgangsweges 95.
-
Eine der Aufgaben des erfindungsgemäßen Durchfluß-
Durchgangsweges besteht darin, daß er in den Konfigurationen,
die in den Figuren 16 bis 23 gezeigt sind, ein Mischen von zwei
Fluiden oder das Entleeren eines Fluids erlaubt. Das Fluid kann
auch in einen anderen Durchgangsweg eingebracht oder aus ihm
entleert werden. Die in den Figuren 18 und 19 gezeigten
Konfigurationen erlauben ein Mischen von Fluiden. Dies sind
lediglich Beispiele für die verschiedenen Funktionen, die mit
einem geeigneten aufeinanderfolgenden Pulsen der Ventile
durchgeführt werden können.