DE60201640T2

DE60201640T2 - Elastomeres Ventil

Info

Publication number: DE60201640T2
Application number: DE60201640T
Authority: DE
Inventors: Ronald R. Anderson
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: DE60201640D1; EP1281897B1; US20030020040A1; US6651955B2; EP1281897A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Ventile zum Steuern eines Fluidflusses und insbesondere auf Ventile, die aus einem Elastomermaterial gebildet sind.
Hintergrund der Erfindung
Fluidventile sind in der Technik bekannt und werden bei einem breiten Bereich von Anwendungen verwendet. Zum Beispiel werden Fluidventile häufig verwendet, um einen Tintenfluss in Druckersysteme zu steuern. Fluidventile können von einfachen, kostengünstigen einteiligen Strukturen zu komplexen Anordnungen reichen.
Kostengünstige Ventile können einfache, nicht beladene Strukturen oder etwas komplexere, auf Schnittstellen basierende Ventile sein. Der nicht beladene Typ, wie zum Beispiel „Schnabeltier"-Ventile, neigen zum Lecken bei geringen Druckdifferenzen über das Ventil. Der auf Schnittstellen basierende Typ, wie zum Beispiel „Regenschirm"-Ventile, erfordern eine andere Abdichtungsoberfläche als das Ventil selbst, was zusätzliche Komponenten erfordert, um die Abdichtung mit zusammenpassenden Komponenten herzustellen. Ein anderes, auf Schnittstellen basierendes Ventil ist der Schlitzseptumtyp, bei dem eine Nadel ein normalerweise geschlossenes Septum durchdringt, um einen Fluidfluss einzurichten. Dieser Typ von Ventil ist häufig anfälliger für Lecks und erfordert einen hohen Grad an Ausrichtung zwischen der Nadel und dem Ventil. Das Sicherstellen einer präzisen Ausrichtung erhöht häufig die Kosten eines Fluidsystems.
Herkömmliche, fluidische Verbindungsventile, die vorgespannte Abdichtungen aufweisen, bestehen üblicherweise aus mehreren Teilen. Die zusätzliche Komplexität kann eine Kugel, eine Feder oder eine Klappe oder andere Komponenten umfassen. Wenn eine große Anzahl von Ventilen erforderlich in einem Fluidsystem ist, wie zum Beispiel in einem Druckersystem mit mehreren Tintenfarben, kann die zusätzliche Komplexität solcher Ventile unerschwinglich teuer sein.
Es besteht daher ein Bedarf nach Fluidventilen, die robuste Fluidabdichtungen zu geringem Preis liefern.
Die EP-A-1000753 beschreibt Ventilanordnungen für Tintenstrahldruckvorrichtungen, bei denen ein federndes, elastisches Packbauglied auf der externen Region der Endfläche eines Ventilbauglieds lagert. Die Einfügung einer Nadel verursacht, dass das Packbauglied und das Ventilbauglied getrennt werden, wodurch ermöglicht wird, dass Tinte in die Nadel fließt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung weisen einteilige Elastomerventile auf, die nach dem Formen manipuliert werden, um die Ventilabdichtung vorzuspannen. Die Ventile behalten eine positive Abdichtung bei, bis ein Fluiddruck oder eine mechanische Kraft angewendet wird, um das Ventil zu öffnen. Die Ventile kehren in einen geschlossenen Zustand zurück, nachdem der Druck oder die Kraft entfernt wird.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, die die Prinzipien der Erfindung beispielhaft darstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Frontansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung nach dem Formen aber vor dem Vorspannen;
2 ist eine perspektivische Hinteransicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung nach dem Formen aber vor dem Vorspannen;
3 ist eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A aus 2;
4 ist eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung nach dem Vorspannen und der Installation;
5 ist eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung, die eine Nadel zeigt, die das Ventil in Eingriff nimmt und mit der Ventillippe abdichtet; und
6 ist eine Querschnittansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung, die eine Nadel zeigt, die das Ventil öffnet.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 und 2 sind eine perspektivische Vorder- bzw. Hinter-Ansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils 100 der vorliegenden Erfindung, gezeigt bevor das Ventil zum Vorspannen manipuliert wurde. Das Ventil ist vorzugsweise einstückig aus einem Elastomer mit niedrigem Durometer geformt. Das Ventil weist einen Lippenabschnitt 110; eine erste Befestigungsabdichtung 120; eine Befestigungsrille 130; eine zweite Befestigungsabdichtung 140; und einen Hinterabschnitt 150 auf, der eine Mehrzahl von Fluiddurchgängen 160 umfasst. Der Hinterabschnitt umfasst ferner ein Stopperbauglied 155, das weiter Bezug nehmend auf 3 unten erläutert wird. Der Lippenabschnitt 110 des Ventils ist als ein abgeschnittener Kegel mit einer Öffnung 112 gebildet; die Lippe wird später manipuliert, um eine vorgespannte Abdichtung bereitzustellen, wie ebenfalls nachfolgend erläutert wird.
Das bevorzugte Material zum Bilden des Ventils ist eine Mischung aus Ethylenpolypropylendienemonomer (EPDM)/Butyl mit einem Durometer von ungefähr 50–70. Andere federnde Elastomermaterialien, wie zum Beispiel Siliziumgummi, können ebenfalls verwendet werden. Die Materialcharakteristika variieren mit dem spezifischen Entwurf und der vorgesehenen Anwendung des Ventils.
3 ist eine Querschnittansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie A-A aus 2. Das Stopperbauglied 155 erstreckt sich vorwärts mit einer zylindrischen Wand 158 und einer Kontaktfläche 157. Um das fertige Ventil zu bilden, wird die konische Lippe 110 in die Öffnung 112 gedrückt, bis die verkehrt konische Lippe eine Abdichtung mit der zylindrischen Wand 158 des Stoppers bildet, wie in 4 gezeigt ist.
4 ist eine Querschnittsansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung nach dem Vorspannen und der Installation. Zur Installation des Ventils in ein Fluidsystem, wie zum Beispiel ein Tintenliefersystem in einem Drucker, wird das exemplarische Ausführungsbeispiel des Ventils in eine runde Öffnung eingefügt, die in einer flachen Oberfläche 210 gebildet ist, wie zum Beispiel der Wand eines Tintenbehälters. Die erste und die zweite Befestigungsabdichtung 120 und 140 kontaktieren die zwei Seiten der flachen Oberfläche 210, wodurch fluiddichte Abdichtungen bereitgestellt werden.
5 ist eine Querschnittansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung, die eine hohle Nadel 310 zeigt, die beginnt, das Ventil in Eingriff zu nehmen und mit der Ventillippe 110' abzudichten. Die hohle Nadel kann üblicherweise aus geformtem Kunststoff hergestellt sein, mit einer oder mehreren Öffnungen 312 an der Spitze für einen Fluidfluss, und einer Beule 314 zum Ineingriffnehmen der Kontaktfläche 157 des Ventils.
Ein Vorteil des vorliegenden Ventilentwurfs gegenüber bekannten „Schlitzseptum-" Entwürfen ist, dass er die Verwendung relativ kostengünstiger Kunststoffnadeln ermöglicht. Bei Schlitzsepten muss die Nadel sehr schlank sein und daher üblicherweise aus Metall hergestellt sein. Bei dem Ventil der vorliegenden Erfindung ist der Bedarf zum Minimieren des Durchmessers des Nadeldurchmessers unnötig und kostengünstigere Kunststoffnadeln können verwendet werden. Das Ventil der vorliegenden Erfindung ermöglicht somit insgesamt eine Reduzierung der Systemkosten.
6 ist eine Querschnittansicht eines exemplarischen Ausführungsbeispiels des Ventils der vorliegenden Erfindung, die eine Nadel 300 zeigt, die das Ventil 100 öffnet. Die Nadel drängt die Ventillippen 110' auseinander und drängt den Ventilstopper 155 auf federnde Weise zurück, wodurch Fluiddurchgänge um den Stopper und durch die Fluiddurchgänge 160 erzeugt werden. Das Entfernen der Nadel schließt das Ventil über die Elastomer-Rückstoßeigenschaften des Ventilelternmaterials.
Das Ventil der vorliegenden Erfindung ist somit ein kostengünstiger Einzelkomponentenmechanismus, der leicht herzustellen und in ein Fluidsystem einbaubar ist. Ein weiterer Vorteil des Ventils der vorliegenden Erfindung ist die Einfachheit der Installation, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
Das oben genannte ist eine detaillierte Beschreibung von bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es wird darauf hingewiesen, dass offensichtliche Modifikationen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind. Es ist die Absicht der Anmelderin, dass die Erfindung alternative Implementierungen umfasst, die in der Technik bekannt sind, die dieselben Funktionen ausführen wie die, die offenbart wurden. Diese Spezifikation sollte nicht ausgeführt sein, um den Schutz unnötig einzuschränken, auf den die Erfindung Anrecht hat.

Claims

Ein Fluidventil, das folgende Merkmale aufweist: Einen Hauptventilabschnitt (100) aus einem flexiblen Material, wobei der Hauptventilabschnitt im Wesentlichen eine Röhre mit einem offenen ersten Ende und einem offenen zweiten Ende bildet; wobei das offene erste Ende einen ersten Querschnitt aufweist und das offene zweite Ende einen zweiten Querschnitt aufweist, wobei der zweite Querschnitt kleiner ist als der erste Querschnitt; ein Ventilstopperbauglied (155), das einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist; wobei das offene zweite Ende des Hauptventilabschnitts eine im Wesentlichen kreisförmige Lippe (110) aufweist, die federnd eine zylindrische Wand (158) des Stopperbauglieds in Eingriff nimmt, wenn das Ventil geschlossen ist, und die federnd von dem Stopperbauglied weggedrängt werden kann, um das Ventil zu öffnen, wobei das Fluidventil einstückig aus einem Elastomermaterial gebildet ist.
Das Fluidventil gemäß Anspruch 1, bei dem das Ventil geöffnet werden kann, durch indem die Lippe des Hauptventilabschnitts von dem Stopper mit einer Nadel, die innerhalb der Röhre positioniert ist, weggedrängt wird.
Das Fluidventil gemäß Anspruch 1, bei dem der Stopperabschnitt federnd derart an dem Hauptventilabschnitt angebracht ist, dass eine Nadel, die die kreisförmige Lippe des Hauptventilabschnitts weg von dem Stopper drängt, auch den Stopper in Eingriff nehmen kann und den Stopper weg von der Hauptabschnittlippe drücken kann.
Das Fluidventil gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Elastomermaterial eine Mischung aus Ethylenpolypropylendienmonomer (EPDM) und Butylgummi ist.
Das Fluidventil gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Hauptventilabschnitt mit dem kleineren zweiten Ende distal von dem Stopperbauglied geformt ist und nachfolgend, durch Falten des kleineren Endes zurück durch das größere Ende, um den Stopper in Eingriff zu nehmen, manipuliert wird.
Das Fluidventil gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Ventil, durch Drängen der Lippe des Hauptventilabschnitts weg von dem Stopper geöffnet werden kann, wobei die Nadel in der Röhre positioniert ist.
Ein Fluidventilsystem, das folgende Merkmale aufweist: ein Fluidventil gemäß Anspruch 1; und eine Nadel (300), die wirksam ist, um den Hauptventilabschnitt in Eingriff zu nehmen und den Hauptventilabschitt weg von dem Stopper zu drängen.
Das Fluidventilsystem gemäß Anspruch 7, bei dem das Ventil, durch Drängen der Lippe der Hauptventilabschnitts weg von dem Stopper mit der Nadel, die innerhalb der Röhre positioniert ist, geöffnet werden kann, und bei dem der Stopperabschnitt federnd an dem Hauptventilabschnitt derart angebracht ist, dass die Nadel ferner den Stopper in Eingriff nehmen kann und den Stopper weg von der Hauptabschnittlippe drücken kann.
Das Fluidventilsystem gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem die Nadel eine Spitze aufweist und hohl ist, um einen Fluidfluss unterzubringen; wobei die Spitze einen Fuiddurchgang aufweist.
Das Fluidventilsystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Nadel aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.