DE60309334T2

DE60309334T2 - Ventile und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE60309334T2
Application number: DE60309334T
Authority: DE
Inventors: J. Frederick Vancouver DOJAN; P. Klaas Portland HAZENBERG; L. Joel Hillsboro PASSKE
Original assignee: Nike International Ltd
Current assignee: Nike International Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: HK1076303A1; EP1540216B1; US20050199303A1; CA2498361C; EP1540216A1; CA2498361A1; US20040055640A1; DE60309334D1; ATE343749T1; US6936130B2; CN1682053A; AU2003269972A1; CN100398888C; WO2004027300A1; US7032620B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fluidventile. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit Polymerventilen und Verfahren zum Herstellen der Ventile, die einen Fluidstrom in einem Fluidsystem begrenzen, unterbrechen oder in anderer Weise lenken.
Beschreibung des Standes der Technik
Moderne Sportfußbekleidungsstücke schließen oft zwei Hauptbauteile, nämlich einen Oberteil und eine Sohlenkonstruktion ein. Der Oberteil legt bequem den Fuß an der Sohlenkonstruktion fest und kann aus einer Kombination von Materialien, die vernäht oder in anderer Weise miteinander verbunden sind, einschließlich Leder, warm ausgehärtetem Schaumstoff und textilen Materialien gebildet sein. Die Sohlenkonstruktion schließt üblicherweise mehrere Schichten ein, die normalerweise als Innensohle, Zwischensohle und Außensohle bezeichnet werden. Die Innensohle ist ein dünnes, gepolstertes Element, das an den Fuß angrenzend angeordnet ist und die Bequemlichkeit der Fußbekleidung erhöht. Die Zwischensohle bildet eine mittlere Schicht der Sohlenkonstruktion und schließt oftmals ein elastisches Schaumstoffmaterial wie beispielsweise Polyurethan oder Ethylvinylacetat ein, das Stoßkräfte dämpft und Energie absorbiert, wenn die Fußbekleidung den Boden kontaktiert. Die Außensohle ist üblicherweise aus einem dauerhaften, abriebfesten Material gefertigt und hat eine Struktur, um die Traktion zu verbessern.
Zusätzlich zu einem Schaumstoffmaterial kann die Zwischensohle ein Fluidsystem enthalten, das von Ventilen Gebrauch macht, um den Strom eines Fluides in dem System zu lenken. Fluidsysteme können da zu verwandt werden, verschiedene Vorteile einschließlich einer stärkeren Polsterung, eines verbesserten Passsitzes oder einer Belüftung des Oberteils zu erzielen. Bezüglich der polsternden Fluidsysteme beschreiben die US-PS 5 558 395 und 5 937 463 für Huang Fluidsysteme, die die Umgebungsluft dazu verwenden, eine oder mehrere Blasen unter Druck zu setzen, die sich in der Zwischensohle befinden. Einwegeventile, die auch als Rückschlagventile bezeichnet werden, erlauben es der Luft, in ein Aufpump- oder Aufblassystem einzutreten, verhindern jedoch oder sperren einen Fluidstrom in die entgegengesetzte Richtung. Die US-PS 4 446 634 für Johnson et al. und 5 794 361 für Sadler beschreiben in sich geschlossene Fluidsysteme, die zwei in Fluidverbindung miteinander stehende Blasen einschließen. Die Blasen sind über Leitungen verbunden, die Ventile zum Lenken des Fluidstromes enthalten. Bezüglich der Belüftung beschreibt die US-PS 6 085 444 für Cho einen belüfteten Fußbekleidungsgegenstand, der eine Reihe von Blasen und Einrichtungsventilen enthält, die Außenluft in das System einsaugen und dann die Luft in den Oberteil abgeben, um dadurch die Feuchtigkeit im Bereich, der den Fuß unmittelbar umgibt, zu verringern oder zu beseitigen.
Die Fluidsysteme, die oben beschrieben wurden, verwenden verschiedene Ventilarten, um den Fluidstrom im System zu lenken. Die US-PS 5 144 708 für Pekar und 5 564 143 für Pekar et al. beschreiben Einwegeventile, die aus zwei Polymerschichten gebildet sind, die längs gegenüberliegender Seiten aneinander angebracht sind, um zwischen den Schichten einen Kanal zu bilden. Die Ventile werden als separate Bauteile hergestellt und dann in ein Fluidsystem eingebaut. Die Herstellung der Ventile schließt die Verwendung eines Sperrmaterials ein, das verhindert, dass die Ventilschichten miteinander verbunden werden, wenn das Ventil in ein Fluidsystem eingebaut wird.
Die EP-A-0 850 674 beschreibt ein Verfahren, von dem sich der Gegenstand des Anspruchs 1 dadurch unterscheidet, dass eine erste Teilbaugruppe durch Bilden einer ersten Substratschweißstelle zwischen einer ersten Ventilschicht und einer ersten Substratschicht aufgebaut wird, welche erste Schicht einen Einlassteil und einen Auslassteil aufweist, dass die erste Teilbaugruppe zu einem zweiten Bauelement derart ausgerichtet wird, dass die erste Ventilschicht zwischen der ersten Substratschicht und dem zweiten Bauelement angeordnet ist, und dass die erste Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement durch Bilden von zwei beabstandeten Kanalschweißstellen zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement verbunden wird, welche Kanalschweißstellen einen Kanal bilden, der sich zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement und zwischen den Kanalschweißstellen befindet, welcher Kanal einen Einlass neben dem Einlassteil und einen Auslass neben dem Auslassteil aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Herstellen von Ventilen, die sich für Fußbekleidungsfluidsysteme eignen. Die Ventile können in einem Stück mit den Fluidsystemen hergestellt werden oder die Ventile können als separate Bauteile gebildet und anschließend in die Fluidsysteme eingebaut werden. Bei dem Verfahren wird eine erste Teilbaugruppe durch Bilden einer Substratschweißstelle zwischen einer ersten Ventilschicht und einer ersten Substratschicht aufgebaut, wobei die erste Ventilschicht ein Einlassende und ein gegenüberliegendes Auslassende aufweist. Die erste Teilbaugruppe wird dann zu einem zweiten Bauelement so ausgerichtet, dass sich die erste Ventilschicht zwischen der ersten Substratschicht und dem zweiten Bauelement befindet. Schließlich wird die erste Ventil schicht mit dem zweiten Bauelement dadurch verbunden, dass zwei beabstandete Kanalschweißstellen zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement gebildet werden. Die Kanalschweißstellen begrenzen einen Kanal, der sich zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement und zwischen den Kanalschweißstellen befindet. Der Kanal weist einen Einlass neben dem Einlassende der Ventilschicht und einen gegenüberliegenden Auslass neben dem Auslassende der Ventilschicht auf.
Die Ventile, die nach diesem Verfahren gebildet werden, sind primär Einrichtungsventile, die auch als Rückschlagventile bezeichnet werden. Ein Ende des Kanals bildet einen Einlass für das Ventil und das gegenüberliegende Ende bildet einen Auslass. Ein Fluid kann in das Ventil dadurch eintreten, dass es in den Einlass strömt. Das Fluid wandert dann durch den Kanal und verlässt das Ventil dadurch, dass es durch den Auslass geht. Ein Fluidstrom in die gegenüberliegende Richtung ist durch die Gestaltung des Kanalsauslasses eingeschränkt. Der Einlass kann zwei Schweißraupen aufweisen, die den Einlass in eine geöffnete Stellung bringen, um dadurch den Eintritt des Fluids zu erleichtern. Der Auslass kann verschiedene Geometrien einschließlich einer Öffnung zwischen der Ventilschicht und dem zweiten Bauelement oder einer Öffnung haben, die in der Ventilschicht ausgebildet ist.
Bei der Bildung der ersten Teilbaugruppe wird die erste Ventilschicht mit der ersten Substratschicht so verbunden, dass die erste Ventilschicht in passender Weise auf der ersten Substratschicht während der folgenden Verfahrensschritte angeordnet wird. Ein erster Schweißstromrichter wird dazu verwandt, die Bildung einer Schweißraupe neben wenigstens einem Teil des Verbindungsbereiches zu verhindern. Wenn die erste Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement verbunden wird, wird ein zweiter Schweißstromrichter gleichfalls dazu verwandt, die Bildung einer Schweißraupe entlang des Kanals zu verhin dern, wodurch sichergestellt wird, dass die Schichten, die den Kanal bilden, so gestaltet sind, dass sie in Kontakt miteinander stehen und einen Fluidstrom in zwei Richtungen verhindern. Im Bereich des Einlasses fehlt jedoch ein Schweißstromrichter teilweise, um die Bildung von Einlassschweißraupen zuzulassen.
Ein Seiteneffekt der Verbindung der Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement besteht darin, dass eine entsprechende Schweißstelle auch zwischen der ersten Ventilschicht und der ersten Substratschicht gebildet werden kann. Um die Bildung dieser Schweißstelle zu verhindern, kann ein Blockiermaterial auf einen Teil der Oberfläche der ersten Ventilschicht aufgebracht werden, die neben der ersten Substratschicht liegt oder kann ein Blockiermaterial auf eine Oberfläche der ersten Substratschicht aufgebracht werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann sich ein Blockiermaterial auch zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement befinden. Ein Beispiel eines Blockiermaterials, das zwischen den Ventilschichten angeordnet werden kann, ist eine Polytetrafluoroethylenbeschichtung oder -schicht.
Das oben beschriebene Verfahren kann dazu verwandt werden, verschiedene Ventilkonstruktionen aus mehrfachen Polymerschichten zu bilden. Als Beispiele für die verschiedenen Ventilkonstruktionen und die Verfahren zum Herstellen der Ventilkonstruktionen werden drei Möglichkeiten beschrieben. Bei einer ersten werden vier Polymerschichten verwandt und wird das zweite Bauelement aus einer zweiten Ventilschicht und einer zweiten Substratschicht gebildet, wobei der Kanal zwischen der ersten und der zweiten Ventilschicht gebildet wird. Bei einer Alternative werden drei Polymerschichten verwandt und wird das zweite Bauelement aus einer zweiten Substratschicht gebildet, wobei der Kanal zwischen der ersten Ventilschicht und der zweiten Substratschicht gebildet wird. Ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Möglichkeit besteht daher darin, dass im zweiten Fall die zweite Ventil schicht fehlt. Bei der letzten Möglichkeit werden die Kanalschweißstellen im Bereich des Auslasses miteinander verbunden und wird eine Auslassöffnung durch eine der Ventilschichten gebildet. Das Fluid kann dann das Ventil im dritten Fall dadurch verlassen, dass es durch die Auslassöffnung geht. Ähnlich wie bei der ersten und der zweiten Möglichkeit kann der Aufbau bei der dritten Möglichkeit entweder aus drei oder aus vier Polymerschichten erfolgen.
Ein Ventil gemäß der Erfindung ist Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 14.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehende Zusammenfassung der Erfindung, sowie die folgende Beschreibung der Erfindung im Einzelnen werden dann besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen werden.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fluidsystems mit einem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ventils gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt eine erste Querschnittsansicht des ersten Ventils längs der Linie 2B-2B in 2A.
2C zeigt eine zweite Querschnittsansicht des ersten Ventils längs der Linie 2C-2C in 2A.
2D zeigt eine dritte Querschnittsansicht des ersten Ventils längs der Linie 2D-2D in 2A.
2E zeigte eine vierte Querschnittsansicht des ersten Ventils längs der Linie 2E-2E in 2A.
2F zeigt eine fünfte Querschnittsansicht des ersten Ventils längs der Linie 2F-2F in 2A.
2G zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Schweißraupe, die in 2D dargestellt ist.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung einer Substratschweißstelle gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
3B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung einer Substratschweißstelle längs der Linie 3B-3B in 3A.
3C zeigt eine Querschnittsansicht wie in 3B des ersten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Substratschweißstelle.
3D zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung der Kanalschweißstellen gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
3E zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung der Kanalschweißstellen längs der Linie 3E-3E in 3D.
3F zeigt eine Querschnittsansicht wie 3E des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
3G zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges wie in 3D nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
4A zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ventils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
4B zeigt eine erste Querschnittsansicht des zweiten Ventils längs der Linie 4B-4B in 4A.
4C zeigt eine zweite Querschnittsansicht des zweiten Ventils längs der Linie 4C-4C in 4A.
4D zeigt eine dritte Querschnittsansicht des zweiten Ventils längs der Linie 4D-4D in 4A.
4E zeigt eine vierte Querschnittsansicht des zweiten Ventils längs der Linie 4E-4E in 4A.
4F zeigt eine fünfte Querschnittsansicht des zweiten Ventils längs der Linie 4F-4F in 4A.
4G zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Schweißraupe, die in 4D dargestellt ist.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Verbindungsarbeitsvorganges nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
5B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung einer Substratschweißstelle längs der Linie 5B-5B in 5A.
5C zeigt eine Querschnittsansicht wie in 5B des ersten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Substratschweißstelle.
5D zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Verbindungsarbeitsvorgangs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
5E zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung der Kanalschweißstellen längs der Linie 5E-5E in 5D.
5F zeigt eine Querschnittsansicht wie in 5E des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
5G zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges wie in 5D nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
6A zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten Ventils nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6B zeigt eine erste Querschnittsansicht des dritten Ventils längs der Linie 6B-6B in 6A.
6C zeigt eine zweite Querschnittsansicht des dritten Ventils längs der Linie 6C-6C in 6A.
6D zeigt eine dritte Querschnittsansicht des dritten Ventils längs der Linie 6D-6D in 6A.
6E zeigt eine vierte Querschnittsansicht des dritten Ventils längs der Linie 6E-6E in 6A.
6F zeigt eine fünfte Querschnittsansicht des dritten Vnet6ils längs der Linie 6F-6F in 6A.
6G zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Schweißraupe, die in 6D dargestellt ist.
7A zeigt eine perspektivische Ansicht eines vierten Ventils gemäß des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
7B zeigt eine erste Querschnittsansicht des vierten Ventils längs der Linie 7B-7B in 7A.
7C zeigt eine zweite Querschnittsansicht des vierten Ventils längs der Linie 7C-7C in 7A.
7D zeigt eine dritte Querschnittsansicht des vierten Ventils längs der Linie 7D-7D in 7A.
7E zeigt eine vierte Querschnittsansicht des vierten Ventils längs der Linie 7E-7E in 7A.
7F zeigt eine fünfte Querschnittsansicht des vierten Ventils längs der Linie 7F-7F in 7A.
7G zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Schweißraupe, die in 7D dargestellt ist.
8A zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Verbindungsarbeitsvorganges nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
8B zeigt eine Querschnittsansicht des ersten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung einer Substratschweißstelle längs der Linie 8B-8B in 8A.
8C zeigt eine Querschnittsansicht wie in 8B des ersten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Substratschweißstelle.
8D zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Verbindungsarbeitsvorganges nach dem dritten Ausführungsbeispiel.
8E zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges vor der Bildung der Kanalschweißstellen längs der Linie 8E-8E in 8D.
8F zeigt eine Querschnittsansicht wie in 8E des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
8G zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges wie in 8D nach der Bildung der Kanalschweißstellen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
Einführung
In der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Figuren werden Ventile und verschiedene Verfahren zur Herstellung der Ventile nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Figuren beziehen sich insbesondere auf Ventile, die den Fluidstrom in Fluidsystemen begrenzen, sperren oder in anderer Weise lenken sowie auf Verfahren zum Herstellen der Ventile. Die beschriebenen Ventile eigenen sich insbesondere zur Verwendung bei Fußbekleidungsfluidsystemen und anderen Arten von Sportausrüstungen. Die Konzepte, die in der folgenden Beschreibung und in den Figuren vorgelegt werden, können jedoch auch beispielsweise bei der Medizin-, Kraftfahrzeug- und Weltraumindustrie angewandt werden. Die vorliegende Erfindung ist daher dazu bestimmt, Ventile und Verfahren zur Herstellung der Ventile zu umfassen, die für einen breiten Bereich von Produkten auf verschiedenen Gebieten der Herstellung geeignet sind.
Ein Beispiel eines Fluidsystems 10 ist in 1 dargestellt und enthält eine Pumpkammer 20, eine Leitung 30, ein Ventil 40 und eine Druckkammer 50. Die Leitung 30 ist so ausgestaltet, dass sie die Pumpkammer 20 und die Druckkammer 50 in eine Fluidverbindung bring. Das Ventil 40 befindet sich in der Leitung 30 und ist so ausgestaltet, dass es den Fluidstrom durch die Leitung 30 reguliert, um dadurch die Fluidübertragung zwischen der Pumpkammer 20 und der Druckkammer 50 zu regulieren. Im Allgemeinen nimmt der Druck des Fluids in der Pumpkammer 20 zu, wenn die Pumpkammer 20 zusammengedrückt wird. Wenn der Druck des Fluides in der Pumpkammer 20 den Druck des Fluides in der Druckkammer 50 zuzüglich einer Druckdifferenz übersteigt, die einen Öffnungsdruck des Ventils 40 wiedergibt, wird ein Teil des Fluids in der Pumpkammer 20 auf die Druckkammer 50 übertragen, indem es durch die Leitung 30 und das Ventil 40 geht. Ein Einlass 22 gibt der Pumpkammer 20 einen Zugang zu Fluid, das sich außerhalb des Systems 10 befindet, so dass das Fluid in der Pumpkammer 20 anschließend an eine Übertragung von Fluid auf die Druckkammer 50 wieder aufgefüllt werden kann.
Die Leitung 30 kann aus zwei Schichten aus einem Polymermaterial mit Rändern gebildet sein, die über eine Umfangsverbindung 60 miteinander verbunden sind, wodurch ein Durchgang zwischen den beiden Schichten gebildet ist. Die beiden Teile, die das Ventil 40 bilden, können daher zwischen den Schichten, die die Leitung 30 bilden, vor der Bildung der Umfangsverbindung 60 angeordnet werden. Andere Teile des Fluidsystems 10 einschließlich der Pumpkammer 20 und der Druckkammer 50 können in einem Stück mit der Leitung 30 hergestellt werden oder getrennt von der Leitung 30 hergestellt werden und anschließend daran angebracht werden.
Das Ventil 40 kann ein Einwegeventil sein, das auch als Rückschlagventil bezeichnet wird und einen Fluidstrom von der Pumpkam mer 20 zur Druckkammer 50 zulässt jedoch einen Fluidstrom in die umgekehrte Richtung verhindert oder sperrt. Die folgende Beschreibung zeigt mehrere Ventile 100, 200 und 300 und Verfahren zum Herstellen der Ventile 100, 200 und 300, die das Ventil 40 ersetzen können. Die Ventile 100, 200 und 300 sind auch zur Verwendung an anderen Teilen des Fluidsystems 10 geeignet. Eines der Ventile 100, 200 oder 300 kann beispielsweise im Einlass 22 angeordnet sein, um zu verhindern, dass Fluid die Pumpkammer 20 durch den Einlass 22 verlässt. Die Ventile 100, 200 und 300 können weiterhin als Entlastungsventile verwandt werden, die es erlauben, dass Fluid aus dem Fluidsystem nur dann austritt, wenn eine bestimmte Druckdifferenz in einem bestimmten Teil des Fluidsystems erreicht ist.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden ein Ventil 100 und ein Verfahren zum Herstellen des Ventils 100 in einem Stück mit Teilen des Fluidsystems beschrieben. Das Ventil 100 kann auch separat vom Fluidsystem hergestellt werden und anschließend in das Fluidsystem eingebaut werden. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden ein Ventil 200 und ein Verfahren zum Herstellen des Ventils 200 in einem Stück mit Teilen eines Fluidsystems beschrieben. Die vorliegende Erfindung beschreibt auch ein drittes Ausführungsbeispiel, nämlich ein Ventil 300 mit einer anderen Ausgangsgeometrie, die eine Öffnung einschließt, die in einer der Ventilschichten ausgebildet ist.
Das Fluidsystem 10 ist ein Beispiel eines Fluidsystems, das geeignet ist, die Ventile der vorliegenden Erfindung einzubauen. Eine Vielzahl anderer Fluidsysteme mit verschiedenem Maß an Kompliziertheit sollen allerdings auch in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Der spezifische Aufbau des Fluidsystems kann vom Fachmann in Abhängigkeit von den speziellen Erfordernissen gewählt werden, für die das Fluidsystem verwandt werden soll.
Erstes Ausführungsbeispiel
Die Bauteile und die Funktion eines Ventils 100, das in 2 dargestellt ist, werden im Folgenden mehr im Einzelnen beschrieben. Das Ventil 100 weist eine erste Ventilschicht 110a und eine zweite Ventilschicht 110b auf, die zwischen einer ersten Substratschicht 120a und einer zweiten Substratschicht 120b angeordnet sind. Bezüglich des Fluidsystems 10 sind die Substratschichten 120 analog zu den beiden Polymerschichten, die die Pumpkammer 20, die Leitung 30 oder die Druckkammer 50 beispielsweise bilden. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Substratschichten 120 auch die Materialien sein können, die andere Arten von Bauteilen des Fluidsystems bilden.
Die erste Ventilschicht 110a und die zweite Ventilschicht 110b sind entlang gegenüberliegender Seiten miteinander verbunden, um zwei Kanalschweißstellen 130 zu bilden, und begrenzen einen Kanal 140, der sich zwischen den Ventilschichten 110 und zwischen den Kanalschweißstellen 130 befindet. Der Kanal 140 weist einen Einlass 142 und einen Auslass 144 auf. Der Einlass 142 ist in die geöffnete Stellung durch zwei Einlassschweißraupen 146 vorgespannt, die aus dem Polymermaterial gebildet sind, das sich im Einlass 142 und neben den Kanalschweißstellen 130 während der Verbindung der ersten Ventilschicht 110a und der zweiten Ventilschicht 110b sammelt. Der Auslass 144 befindet sich dem Einlass 142 gegenüber und kann aus den nicht verbundenen Teilen der Ventilschichten 110 gebildet sein. Jede Ventilschicht 110 weist eine Außenfläche 112 und eine gegenüberliegende Innenfläche 114 auf. Bezüglich der Ventilschicht 110a liegt die Außenfläche 112a neben der Substratschicht 120a und liegt die Innenfläche 114a neben der Ventilschicht 110b. In ähnlicher Weise weist die Ventilschicht 110b eine Außenfläche 112b, die neben der Substratschicht 120b liegt, und eine gegenüberliegende Fläche 114b auf, die neben der Ventilschicht 110a liegt.
Das Ventil 100 weist weiterhin zwei Substratschweißstellen 150 auf, die die Ventilschichten 110 an die Substratschichten 120 anbringen. Die Substratschweißstellen 150 bringen insbesondere die Ventilschicht 110a an die Substratschicht 120a und die Ventilschicht 110b an die Substratschicht 120b. Wie es in 2 dargestellt ist, befinden sich die Substratschweißstellen 150 neben dem Einlass 142. Die Substratschweißstellen 150 können auch neben anderen Teilen des Ventils 100 angeordnet sein.
Im Betrieb erlaubt das Ventil 100 einen Fluidstrom durch den Kanal 140 und in die Richtung vom Einlass 142 zum Auslass 144. Das Ventil 100 beschränkt jedoch deutlich den Fluidstrom in die entgegengesetzte Richtung. Wie erwähnt spannen die Einlassschweißraupen 146 den Einlass 142 in die offene Stellung vor. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass das Fluid im Fluidsystem wenigstens an dem Teil des Kanals 140 eintreten kann, der vom Einlass 142 gebildet wird. Der Haupteinflussfaktor, der bestimmt, ob das Fluid durch das Ventil 100 gehen kann, ist der relative Unterschied im Druck zwischen dem Fluid im Einlass 142 und dem Fluid am Auslass 144. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 142 den Druck des Fluides am Auslass 144 zuzüglich eines Öffnungsdruckes des Ventils 100 überschreitet, reicht die Kraft, die das Fluid im Einlass 142 auf die Innenflächen 114 der Ventilschichten 110 ausübt, aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 144 auf die Außenflächen 112 ausübt, wodurch sich die Ventilschichten 110 trennen können. Wenn sich die Ventilschichten 110 trennen, kann Fluid durch den Kanal 140 gehen. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 142 kleiner als der Druck des Fluides am Auslass 144 ist, reicht jedoch die Kraft, die das Fluid im Einlass 142 auf die Innenflächen 114 der Ventilschichten 110 ausübt, nicht aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 144 auf die Außenflächen 112 ausübt, wodurch verhindert wird, dass sich die Ventilschichten 110 trennen. Wenn die Ventilschichten 110 nicht getrennt sind, ist der Kanal 140 effektiv für eine Fluidübertragung geschlossen.
Der Auslass 144 hilft dabei, den Durchgang des Fluids durch das Ventil 100 zu verhindern, indem er sicherstellt, dass die Ventilschichten 110 in einem hermetischen Kontakt miteinander stehen. Es ist anzumerken, dass die Kanalschweißstellen 130 sich über weniger als die gesamte Länge der Ventilschichten 110 erstrecken können. Dementsprechend kann der Auslass 144 nicht miteinander verbundene Teile der Ventilschichten 110 einschließen. Der Mangel an Bindungen am Auslass 144 ermöglicht ein unbehindertes Schließen am Auslass 144, wodurch ein hermetischer Kontakt zwischen den Ventilschichten 110 hergestellt wird, der verhindert, dass Fluid zwischen den Ventilschichten 110 hindurchgeht. Die Innenflächen 114 können eine glatte kohäsive Oberfläche haben, die das Schließen des Ventils 100 erleichtert. Dementsprechend können auch die Eigenschaften der Innenflächen 114 zu dem hermetischen Kontakt beitragen und eine Fluidströmung in einer Richtung durch das Ventil 100 erleichtern.
Die Materialien, die die Ventilschichten 110 und die Substratschichten 120 bilden, sollten einige Eigenschaften haben. Zunächst sollten die Materialien es erlauben, die Schweißstellen 130 und 150 sicher zwischen den verschiedenen Materialschichten unter Verwendung von Standardtechniken beispielsweise thermischen Kontakt, Hochfrequenzenergielaser- und Infrarotschweißen zu bilden. Zum zweiten sollten die Materialien im Wesentlichen für die Fluide wie beispielsweise Luft undurchlässig sein. Zum Dritten sollten die Materialien eine ausreichende Biegsamkeit haben, damit das Ventil 100 in der oben beschriebenen Weise arbeiten kann. Zum Vierten sollten die Materialien eine Dauerhaftigkeit haben, die es erlaubt, dass das Ventil 100 über zahlreiche Be triebszyklen arbeitet. Zum Fünften können die Materialien so gewählt sein, dass sie hydrolysebeständig sind oder gegenüber einer chemischen Zersetzung beim Vorliegen von Wasser beständig sind, wenn um das Ventil 100 herum Wasser oder Wasserdampf vorliegen kann. Auf der Grundlage dieser Überlegungen schließen geeignete Materialien thermoplastisches Polyurethan, Urethan, Polyvinylchlorid und Polyethylen ein. Wenn das Ventil 100 aus einem thermoplastischen Polyurethan gebildet ist, liegt die geeignete Stärke der Ventilschichten 110 bei 0,018 Inch (0,46 mm), sie kann jedoch im Bereich von 0,004 Inch (0,10 mm) bis 0,035 Inch (0,89 mm) beispielsweise liegen. In ähnlicher Weise beträgt die geeignete Stärke für die Substratschichten 120 0,030 Inch (0,76 mm), sie kann jedoch auch im Bereich von 0,015 Inch (0,38 mm) bis 0,050 Inch (1,27 mm) beispielsweise liegen. Die Stärke der Ventilschichten 110 und die Stärke der Substratschichten 120 können von den oben angegebenen Bereichen jedoch in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung des Ventils 100, von den verwandten Materialien und Herstellungsverfahren und den Eigenschaften abweichen, die das Ventil 100 dem Fluidsystem geben soll.
Ein Vorteil der Anordnung der Substratschweißstellen 150 neben dem Einlass 142 liegt in dem relativ großen Bereich der Außenflächen 112, der dem Fluid am Auslass 144 ausgesetzt ist. Wie es oben erwähnt wurde, ist dann, wenn der Druck des Fluides im Einlass 142 kleiner als der Druck des Fluides am Auslass 144 ist, die Kraft, die das Fluid im Einlass 142 auf die Innenfläche 114 der Ventilschichten 110 ausübt, nicht ausreichend, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 144 auf die Außenflächen 112 ausübt, wodurch verhindert wird, dass sich die Ventilschichten 110 trennen und ein Fluidstrom durch das Ventil 100 verhindert wird. Durch die Ausgestaltung der Position der Ventilschichten 110 derart, dass ein relativ großer Bereich der Außenflächen 112 dem Fluid am Auslass 144 ausgesetzt ist, nimmt der Kontakt bereich zwischen den Innenflächen 114 proportional zu. Die Hauptfunktion, die verhindert, dass Fluid durch das Ventil 100 hindurchgeht, sind die hermetischen Kontakteigenschaften der Innenflächen 114. Es wird daher ein höherer Wirkungsgrad erzielt, wenn ein relativ großer Teil der Außenflächen 112 dem Fluid am Auslass ausgesetzt ist.
Im Folgenden wird anhand der 3 ein Verfahren zur Herstellung des Ventils 100 in einem Stück mit den Substratschichten 120 beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass das Ventil 100 auch von den Substratschichten 120 getrennt hergestellt werden kann und anschließend in ein Fluidsystem eingebaut werden kann, indem die Schritte des Verfahrens weggelassen werden, die sich auf die Substratschichten 120 beziehen. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren zwei Verbindungsarbeitsvorgänge. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang, der in den 3A bis 3C dargestellt ist, bildet eine erste Teilbaugruppe und eine zweite Teilbaugruppe, die jeweils eine Substratschicht 120 und eine Ventilschicht 110 aufweisen. Das heißt insbesondere, dass der erste Verbindungsarbeitsvorgang die erste Teilbaugruppe dadurch bildet, dass ein Teil der Ventilschicht 110a mit der Substratschicht 120a verbunden wird, um eine Substratschweißstelle 150a zu bilden. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang bildet auch eine zweite Teilbaugruppe über einen ähnlichen Arbeitsvorgang, der das Verbinden eines Teils der Ventilschicht 110 mit der Substratschicht 120 zur Bildung einer Substratschweißstelle 150 einschließt. In einem zweiten Verbindungsarbeitsvorgang, der in den 3D bis 3F dargestellt ist, werden die Teilbaugruppen so ausgerichtet, dass die Ventilschichten 110 in Kontakt kommen und die Ventilschichten 110 zwischen den Substratschichten 120 angeordnet sind. Kanalschweißstellen 130 und Einlassschweißraupen 146 werden anschließend gebildet, wodurch die Herstellung des Ventils 100 abgeschlossen wird. Wie es später im Einzelnen beschrieben wird, kann ein Blockiermaterial auf die Außenflächen 112 der Ventilschichten 110 aufgebracht werden, um zu verhindern, dass sich zusätzliche Verbindungen zwischen den Ventilschichten 110 und den Substratschichten 120 während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges bilden. Alternativ kann das Blockiermaterial auch auf die Außenflächen der Substratschichten 120 aufgebracht werden oder kann das Blockiermaterial ein zusätzlicher Teil des Materials sein, das zwischen den Ventilschichten 110 und den Substratschichten 120 angeordnet wird. Das Blockiermaterial ist jedoch nicht notwendig, um das Ventil 100 herzustellen.
Vor der Ausführung des ersten Verbindungsarbeitsvorganges werden die Ventilschichten 110 einzeln gebildet. Die Ventilschichten 110 sind so dargestellt, als hätten sie eine rechtwinklige Geometrie, sie können jedoch auch viele andere Geometrien haben, die gleichfalls zur Bildung des Ventils 100 geeignet sind und eine quadratische, runde, trapezförmige oder unregelmäßige Geometrie einschließen. Eine Überlegung bezüglich der Geometrie der Ventilschichten 110 ist die sich ergebende Länge des Kanals 140. Ein Kanal 140 mit einer relativ großen Länge kann einen größeren Öffnungsdruck und einen niedrigeren Strömungsdurchsatz als beispielsweise ein Kanal 140 mit einer relativ kurzen Länge haben. In ähnlicher Weise kann ein Auslass 144 mit nicht verbundenen Teilen der Ventilschichten 110, die einen relativ großen Oberflächenbereich haben, wirksamer als nicht verbundene Teile der Ventilschichten 110 mit einem relativ kleinen Oberflächenbereich abdichten. Der Auslass 144 kann auch so gebildet werden, dass er sich nach außen und um den Teil des Kanals 140 neben dem Auslass 144 erweitert. Dementsprechend können die Ventilschichten 110 viele verschiedene Geometrien haben und wird die spezielle Geometrie in Abhängigkeit von der speziellen Anwandung, für die das Ventil 100 benutzt werden soll, und den spezifischen Eigenschaften gewählt, die das Ventil 100 haben soll. Beispiele der Eigenschaften, die durch Änderungen der Geometrie oder den Materialien beeinflusst werden können, sind der Öffnungsdruck, der Strömungsdurchsatz und der Rückströmungsdurchsatz. Bezüglich des Ventilsystems 10 kann ein Ventil 100 mit einem hohen Öffnungsdruck als Entlastungsventil für die Druckkammer 50 verwandt werden, um dadurch den Gesamtdruck in der Druckkammer 50 zu begrenzen. Das Ventil 22 des Fluidsystems 10 kann auch so ausgestaltet sein, dass es einen bestimmten Öffnungsdruck hat, um den Druck sowohl in der Pumpkammer 20 als auch in der Druckkammer 50 zu begrenzen.
Wenn die Ventilschichten 110 gebildet sind, werden sie bezüglich der Substratschichten 120 positioniert. Im typischen Fall werden die Substratschichten 120 zu einem oder mehreren Teilen eines Fluidsystems. Bezüglich des Systems 10 können beispielsweise die Substratschichten 120 die gegenüberliegenden Seiten der Leitung 30 bilden. Die Ventilschichten 110 sollten dementsprechend auf den Substratschichten 120 derart positioniert werden, dass der Einlass 142 von der Seite der Leitung 30 neben der Pumpkammer 20 fluidzugänglich ist und der Auslass 144 von der Seite der Leitung 30 neben der Druckkammer 50 fluidzugänglich ist, um dadurch die Pumpkammer 20 in Fluidverbindung mit der Druckkammer 50 zu bringen.
Anschließend an die Positionierung der Ventilschicht 110a bezüglich der Substratschicht 120a kann die Substratschweißstelle 150a gebildet werden. Hochfrequenzschweißen (RF), das Hochfrequenzenergie verwendet, ist ein technisches Verfahren, das dazu benutzt werden kann, zwei oder mehr Polymerschichten zu verbinden. Andere geeignete technische Verbindungsverfahren schließen ein Wärmekontaktschweißen, ein Laserschweißen und ein Infrarotschweißen ein. Bezüglich des Hochfrequenzschweißens drückt eine Hochfrequenzpressplatte die gewünschten Verbindungsbereiche zusammen und wird diese Hochfrequenzpressplatte aktiviert, so dass die Kontaktbereiche mit Hochfrequenzenergie auf einem bestimmten Pegel für ein bestimmtes Zeitinter vall bestrahlt werden. Die Hochfrequenzenergie wird durch die Polymerschichten absorbiert und die Temperatur der Polymerschichten steigt soweit an, dass Teile der Polymerschichten schmelzen. Der an den geschmolzenen Polymerschichten liegende Druck in Verbindung mit der anschließenden Abkühlung bildet eine Schweißstelle an der Grenzfläche zwischen den Polymerschichten. Im typischen Fall sammelt sich ein Teil der geschmolzenen Polymerschichten an den Rändern der Hochfrequenzpressplatte aufgrund des Druckes, den die Hochfrequenzpressplatte auf den Kontaktbereich ausübt. Das gesammelte Polymer kühlt dann ab, so dass sich eine Schweißraupe aus dem vorher geschmolzenen Polymermaterial bildet, die den Schweißbereich umgibt. Bei Anwendungen, bei denen eine Schweißraupe unerwünscht ist, oder dann, wenn eine Schweißraupe an bestimmten Stellen unerwünscht ist, kann ein Schweißstromrichter der Hochfrequenzpressplatte zugegeben sein. Eine Hochfrequenzpressplatte weist oftmals eine Oberfläche auf, die die Polymerschichten kontaktiert, an diese einen Druck legt und diese erwärmt. Der Schweißstromrichter ist eine Verlängerung der Kontaktfläche, die keine Hochfrequenzenergie zur Bildung von Verbindungen zwischen den Polymerschichten erzeugt. Stattdessen verteilt der Schweißstromrichter den Druck der Hochfrequenzpressplatte über einen größeren Flächenbereich, um dadurch die Bildung einer Schweißraupe zu verhindern. Schweißstromrichter bestehen oftmals aus einem nicht leitenden Material oder einem Material, das weniger als der Verbindungsteil der Hochfrequenzpressplatte leitet. Es sei anzumerken, dass das Fehlen eines Schweißstromrichters an einer bestimmten Stelle dazu herangezogen werden kann, eine Schweißraupe an der bestimmten Stelle zu platzieren.
In den 3A und 3B sind die Ventilschicht 110a, die Substratschicht 120a und die Hochfrequenzpressplatte 160 in ihren relativen Positionen zum Zweck des ersten Verbindungsarbeitsvorgangs dargestellt. Die Hochfrequenzpressplatte 160 schließt einen Verbindungsteil 162 und einen Schweißstromrichterteil 164 ein. Der Verbindungsteil 162 erzeugt Hochfrequenzenergie, die die Substratschweißstelle 150a bildet. Die Kontaktfläche des Verbindungsteils 162 hat eine rechtwinklige Form mit Abmessungen, die ausreichen, die Ventilschicht 110a mit der Substratschicht 120a über wenigstens die Breite des Einlasses 142 zu verbinden. Dementsprechend wird der Verbindungsteil 162 wenigstens einen Teil der Breite der Ventilschicht 110a erwärmen und mit der Substratschicht 120a verbinden. Der Schweißstromrichterteil 164 ist so gestaltet, dass er die Bildung einer Schweißraupe neben der Substratschweißstelle 150a und zwischen anderen Teilen der Ventilschicht 110a und der Substratschicht 120a verhindert. Dementsprechend legt der Schweißstromrichter 164 einen zusätzlichen Druck auf den Teil der Ventilschicht 110a, der mit der Substratschicht 120a unverbunden bleiben soll. Der Schweißstromrichterteil 164 ist jedoch nicht so gestaltet, dass er die Bildung einer Schweißraupe um die anderen Teile der Substratschweißstelle 150a verhindert. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann sich der Schweißstromrichterteil 164 teilweise oder vollständig um den Verbindungsteil 162 erstrecken.
Um die Substratschweißstelle 150a zu bilden, werden die Substratschicht 120a und die Ventilschicht 110a zwischen der Hochfrequenzpressplatte 160 und einer weiteren Oberfläche wie beispielsweise einer ebenen Platte oder einer anderen Pressplatte (nicht dargestellt) angeordnet und zusammengedrückt. 3B zeigt in einer Querschnittsansicht die Positionen der Hochdruckfrequenzpressplatte 160, der Substratschicht 120a und der Ventilschicht 110a vor ihrer Verbindung. 3C zeigt die Bauteile anschließend an die Bildung der Substratschweißstelle 150a. Wenn die Substratstelle 150a gebildet ist, ist die erste Teilbaugruppe fertig gestellt.
Die Hochfrequenzpressplatte 160 ist so dargestellt, dass sie eine abgestufte Form zwischen dem Verbindungsteil 162 und dem Schweißstromrichterteil 164 hat. Wenn Hochfrequenzenergie vom Verbindungsteil 162 ausgesandt wird, werden der Teil der Ventilschicht 110a, der in Kontakt mit dem Verbindungsteil 162 steht, und ein entsprechender Teil der Substratschicht 120a schmelzen. Ein Teil des geschmolzenen Polymermaterials wird aus dem Verbindungsbereich fließen, wodurch die Gesamtstärke der Schichten 110a und 120a neben dem Verbindungsteil 162 abnimmt, wie es in 3C dargestellt ist. Der Verbindungsteil 162 wird daher in die Substratschicht 120a einsinken, während der Schweißstromrichterteil 164 auf der Ebene der Substratschicht 120a bleiben wird. Ein geeignetes Material für die Ventilschichten 110 und die Substratschichten 120 ist thermoplastisches Urethan, wie es oben beschrieben wurde. Schweißstellen, die zwischen zwei Schichten aus thermoplastischem Urethan gebildet werden, haben eine ausreichende Festigkeit und Dauerhaftigkeit, wenn die Stärke des Schweißbereiches auf annähernd die Hälfte der Gesamtstärke der Schichten vor dem Schweißen verringert wird. Der Verbindungsteil 162 kann dementsprechend durch die abgestufte Form, die oben beschrieben wurde, so gestaltet sein, dass er in die Substratschicht 120a bis auf eine Tiefe einsinkt, die gleich der Hälfte der unverschweißten Stärke der Ventilschicht 110a und der Substratschicht 120a ist.
Anschließend an die Bildung der ersten Teilbaugruppe kann die zweite Teilbaugruppe unter Verwendung eines ähnlichen Arbeitsvorgangs gebildet werden. Die zweite Teilbaugruppe schließt die zweite Substratschicht 120b und die zweite Ventilschicht 110b ein, die miteinander zur Bildung der Substratschweißstelle 150b verbunden werden. Die oben bezüglich der Bildung der ersten Teilbaugruppe beschriebenen Konzepte sind auch auf die zweite Teilbaugruppe anwendbar. Die fol gende Beschreibung wird sich daher auf die verbleibenden Teile des Herstellungsprozesses konzentrieren.
Der zweite Verbindungsarbeitsvorgang verbindet die erste Teilbaugruppe mit der zweiten Teilbaugruppe um ein Ventil 100 zu bilden. Wenn das Ventil 100 in Fluidsysteme eingebaut wird, die komplizierter als das Fluidsystem 10 sind, können weitere Verbindungsarbeitsvorgänge notwendig sein, um weitere Bauteile des Fluidsystems zu bilden. Das Ventil 100 ist jedoch grundsätzlich über die beschriebenen zwei Verbindungsarbeitsvorgänge herstellbar. Der Fachmann wird in der Lage sein, das beschriebene Verfahren so abzuwandeln, dass das Ventil 100 in kompliziertere Fluidsysteme integriert wird.
Wie es in den 3D und 3E dargestellt ist, werden die erste und die zweite Teilbaugruppe so ausgerichtet, dass die erste Ventilschicht 110a neben der zweiten Ventilschicht 110b liegt und die erste Substratschweißstelle 150a neben der zweiten Substratschweißstelle 150b liegt. D. h., das die Ventilschichten 110 zwischen den Substratschichten 120 angeordnet werden und dass Teile der ersten Ventilschicht 110a zu entsprechenden Teilen der zweiten Ventilschicht 110b ausgerichtet werden. Herkömmliche Verfahren können dazu benutzt werden, die erste Teilbaugruppe zur zweiten Teilbaugruppe in passender Weise auszurichten. Vorzugsweise können Positionierungsstifte, die Öffnungen in jeder der Teilbaugruppen entsprechen, dazu benutzt werden, fest und in einfacher Weise die Teilbaugruppen während der Herstellung auszurichten. Die Positionierungsstifte können auch in vorhergehenden Teilen des Verfahrens dazu benutzt werden, die Teilbaugruppen zu bilden, um dadurch sicher zu stellen, dass die Ventilschichten 110 in passender Weise während der Verbindung mit den Substratschichten 120 ausgerichtet sind.
Wenn die Teilbaugruppen in passender Weise ausgerichtet sind, werden eine Hochfrequenzpressplatte 170a und eine separate Hochfre quenzpressplatte 170b auf beiden Seiten der ausgerichteten Teilbaugruppen angeordnet und dazu benutzt, Kanalschweißstellen 130 zu bilden. Die Hochfrequenzpressplatte 170 kann auch einen Teil aufweisen, der die Substratschichten 120 miteinander verbindet, um beispielsweise die Leitung 30 im Fluidsystem 10 zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Verbindungsarbeitsvorgang mit einer einzigen Hochfrequenzpressplatte 170 abgeschlossen werden kann. Die Hochfrequenzpressplatten 170 weisen jeweils einen Verbindungsteil 172 und einen Schweißstromrichterteil 174 auf. Die Teile der Hochfrequenzpressplatten 170, die dazu verwandt werden, die Substratschichten 120 miteinander zu verbinden, fehlen in der Darstellung der Hochfrequenzpressplatten 170 in 3D. Die vorliegende Beschreibung wird sich daher auf die Verbindung der Ventilschichten 110 konzentrieren.
Zusätzlich zu der Bildung der Kanalschweißstellen 130 verhindert der zweite Verbindungsarbeitsvorgang die Bildung von Einlassschweißraupen 146 neben den Kanalschweißstellen 130 mit der Ausnahme des Bereiches des Einlasses 142. Die Verbindungsteile 172 sind so gestaltet, dass Kanalschweißstellen 130 neben dem Einlass 142 gebildet werden. Die Schweißstromrichterteile 174 sind um Segmente der Verbindungsteile 172 angeordnet, die für die Bildung der Kanalschweißstellen 130 verantwortlich sind. Die Schweißstromrichterteile 174 befinden sich somit zwischen den Segmenten der Verbindungsteile 172, die die Kanalschweißstellen 130 ausbilden, um die Bildung von Schweißraupen im Kanal 140 zu verhindern. Die Schweißstromrichterteile 174 erstrecken sich auch über den Bereich des Auslasses 144, jedoch nicht zwischen den Segmenten der Verbindungsteile 172 im Bereich des Einlasses 142. Diese Gestaltung veranlasst die Bildung von Einlassschweißstellen 146 zwischen den Ventilschichten 110 und im Einlass 142. Wie oben beschrieben bringen die Einlassscheißraupen 146 den Einlass 142 in die geöffnete Stellung, wodurch der Eintritt von Fluid in den Einlass 142 erleichtert ist.
Wenn die Teilbaugruppen zu den Hochfrequenzpressplatten 170 ausgerichtet sind, werden die Teilbaugruppen zwischen den Hochfrequenzpressplatten 170 zusammengedrückt, um Kanalschweißstellen 130 zu bilden. Darüber hinaus sammeln sich überschüssige geschmolzene Teile der Ventilschichten 110 neben dem Einlass 142, um Einlassschweißraupen 146 zu bilden, da in diesem Bereich Schweißstromrichterteile 174 fehlen. 3E zeigt in einer Querschnittsansicht die Hochfrequenzpressplatten 170 und die Teilbaugruppen vor dem zweiten Verbindungsarbeitsvorgangs. 3F zeigt die Bauteile anschließend an die Bildung der Kanalschweißstellen 130.
Die verschiedenen Bereiche der Hochfrequenzpressplatten 170 sind in den 3D bis 3F so dargestellt, dass sie eine abgestufte oder versetzte Form haben. Während die Hochfrequenzpressplatte 160 zwei versetzte Flächen, nämlich eine für den Verbindungsteil 162 und eine zweite für den Schweißstromrichterteil 164 hat, hat die Hochfrequenzpressplatte 170 drei versetzte Flächen. Eine sorgfältige Betrachtung der vorhergehenden Beschreibung der Figuren wird zeigen, dass ein erster Teil jeder Kanalschweißstelle 130 Teile der Ventilschichten 110 verbindet, die dazu verwandt werden, einen Teil der Substratschweißstellen 150 zu bilden, und dass ein zweiter Teil jeder Kanalschweißstelle 130 vorher nicht verbundene Teile der Ventilschichten 110 verbindet. Ein erster Teil jedes Verbindungsteils 172 ist dementsprechend so gestaltet, dass er in die Senke passt, die durch die Substratschweißstelle 150 gebildet ist, wie es in den 3E und 3F dargestellt ist, ein zweiter Teil jedes Verbindungsteils 172 ist gegenüber dem ersten Teil des Verbindungsteils 172 versetzt und so gestaltet, dass er die vorher nicht verbundenen Teile der Ventilschichten 110 verbindet, und der Schweißstromrichterteil 174 ist weiter versetzt und so gestaltet, dass er die Ventilschichten 110 und die Substratschichten 120 zusammendrückt, um die Bildung einer Schweißraupe zu vermeiden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren sind die Substratschweißstellen 150, die beim ersten Verbindungsarbeitsvorgang gebildet werden, einzelne Befestigungsstellen zwischen den Ventilschichten 110 und den Substratschichten 120. Um zusätzliche Verbindungen zwischen den Ventilschichten 110 und den Substratschichten 120 während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges zu verhindern, kann ein Blockiermaterial auf einen Teil der Außenflächen 112 vor dem ersten Verbindungsarbeitsvorgangs aufgebracht werden. Alternativ kann das Blockiermaterial auf die Oberflächen der Substratschichten 120 aufgebracht werden, oder kann das Blockiermaterial ein zusätzliches Element des Materials sein, das zwischen den Ventilschichten 110 und den Substratschichten 120 angeordnet wird. Die Blockiermaterialien verhindern eine Vermischung der geschmolzenen Polymermaterialien von zwei benachbarten Schichten und bilden daher eine wirksame Möglichkeit, über die eine Verbindung verhindert wird. Das Blockiermaterial sollte neben dem Teil der Außenflächen 112 aufgebracht oder angeordnet werden, an dem sonst eine Verbindung auftreten würde, jedoch nicht an den Teilen der Außenflächen 112, wo die Verbindung auftreten soll. Das Blockiermaterial sollte beispielsweise nicht auf den Bereich der Außenflächen 112 aufgebracht werden, an denen Substratschweißstellen 150 auftreten sollen, um dadurch die Bildung der Substratschweißstellen 150 während des ersten Verbindungsarbeitsvorgangs zu erleichtern. Eine passende Stelle zum Aufbringen eines Blockiermaterials auf die Außenflächen 112 schließt den Bereich ein, der dem Teil der Innenflächen 114 gegenüber liegt, der zur Bildung der Kanalschweißstellen 130 verbunden wird, der jedoch nicht neben dem Einlass 142 liegt. Geeignete Blockiermaterialien schließen Schichten oder Beschichtungen beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, Silikon oder Mylar ein. Das Blockiermaterial kann alterna tiv auf den Außenflächen 112 weggelassen werden, um dadurch eine Verbindung zwischen den Substratschichten 120 und den Ventilschichten 110 während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges herzustellen. Bei einigen Fluidsystemen arbeitet das Ventil 100 in passender Weise, wenn eine Verbindung zwischen den Substratschichten 120 und den Ventilschichten 110 gebildet ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die Bauteile und Funktionen eines Ventils 200, das in 4 dargestellt ist, werden im Folgenden mehr im Einzelnen beschrieben. Das Ventil 200 enthält eine Ventilschicht 210, die zwischen einer ersten Substratschicht 220a und einer zweiten Substratschicht 220b angeordnet ist. Bezüglich des Fluidsystems 10 sind die Substratschichten 220 zu den beiden Polymerschichten analog, die die Pumpenkammer 20, die Leitung 30 oder die Druckkammer 50 beispielsweise bilden. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Substratschichten 220 auch Materialien sein können, die andere Arten von Bauteilen des Fluidsystems bilden.
Die Ventilschicht 210 weist eine erste Außenfläche 212a, die neben der Substratschicht 220a liegt, und eine zweite Außenfläche 212b auf, die neben der Substratschicht 220b liegt. Eine Substratschweißstelle 250 wird zwischen der ersten Außenfläche 212a und der Substratschicht 220a gebildet, um zu verhindern, dass Fluid zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220a strömt. Zwei Kanalschweißstellen 230 werden zwischen der zweiten Außenfläche 212b und der Substratschicht 220b gebildet, um einen Kanal 240 zu begrenzen, der sich zwischen den Kanalschweißstellen 230 und zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b befindet. Der Kanal 240 weist einen Einlass 242 und einen Auslass 244 auf. Der Einlass 242 ist durch die beiden Einlassschweißraupen 246 in die geöffnete Stellung vorgespannt, die aus dem Polymermaterial gebildet sind, das sich im Einlass 242 und neben den Kanalschweißstellen 230 während der Verbindung der Ventilschicht und der Substratschicht 220b sammelt. Der Auslass 244 befindet sich dem Einlass 242 gegenüber und kann aus den nicht verbundenen Teilen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b gebildet sein. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wies das Ventil 100 einen Einlass 142 und einen Auslass 144 auf, die zwischen den Ventilschichten 110 angeordnet waren. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind jedoch der Einlass 242 und der Auslass 244 zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b gebildet.
Im Betrieb erlaubt das Ventil 200 einen Fluidstrom durch den Kanal 240 und in die Richtung vom Einlass 242 zum Auslass 244. Das Ventil 200 beschränkt jedoch in erheblichem Maße den Fluidstrom in die entgegengesetzte Richtung. Wie erwähnt spannen die Einlassschweißraupen 246 den Einlass 242 in die geöffnete Stellung vor. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass das Fluid im Fluidsystem wenigstens an dem Teil des Kanals 240 eintreten kann, der vom Einlass 242 gebildet ist. Der Haupteinflussfaktor, der bestimmt, ob das Fluid durch das Ventil 200 hindurch gehen kann, ist der relative Druckunterschied zwischen dem Fluid im Einlass 242 und dem Fluid am Auslass 244. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 242 den Druck am Auslass 244 zuzüglich eines Öffnungsdruckes des Ventils 200 überschreitet, reicht die Kraft, die das Fluid im Einlass 242 auf die zweite Fläche 212b der Ventilschicht 210 ausübt, aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 244 auf die erste Fläche 212a ausübt, so dass sich die Ventilschicht 210 von der Substratschicht 220b lösen kann. Wenn sich die Ventilschicht 210 von der Substratschicht 220b löst, kann Fluid durch den Kanal 240 hindurch gehen. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 242 kleiner als der Druck des Fluides am Auslass 244 ist, reicht jedoch die Kraft, die das Fluid im Einlass 242 auf die zweite Fläche 212b der Ventilschichten 210 ausübt, nicht aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 242 auf die ersten Flächen 212a ausübt, wodurch eine Trennung der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b verhindert ist. Wenn die Ventilschicht 210 und die Substratschicht 220b nicht getrennt sind, ist der Kanal 240 für eine Übertragung des Fluids wirksam geschlossen.
Der Auslass 244 hilft bei der Vermeidung des Durchgangs von Fluid durch das Ventil 200, indem er sicherstellt, dass die Ventilschicht 210 und die Substratschicht 220b einen hermetischen Kontakt miteinander haben. Die Kanalschweißstellen 230 können sich dabei über weniger als die gesamte Länge der Ventilschicht 210 erstrecken. Dementsprechend kann der Auslass 244 nicht verbundene Teile der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b aufweisen. Das Fehlen an Verbindungen am Auslass 244 erlaubt ein unbehindertes Schließen am Auslass 244, wodurch ein hermetisch dichter Kontakt zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b vorgesehen wird, der den Durchgang von Fluid durch das Ventil 200 verhindert. Die zweite Fläche 212b und die zugewandte Fläche der Substratschicht 220b können eine glatte kohäsive Fläche haben, die das Schließen des Ventils 200 erleichtert. Dementsprechend können die Eigenschaften der zweiten Fläche 212b und der Oberfläche der Substratschicht 220b auch zum hermetisch dichten Kontakt beitragen und eine Fluidströmung in einer Richtung durch das Ventil 200 erleichtern.
Der Fachmann wird erkennen, dass sich das Ventil 100 und das Ventil 200 in zwei wichtigen Aspekten unterscheiden. Zum einen verwendet das Ventil 200 nur eine Ventilschicht 210 statt zwei Ventilschichten 110. Diese Ausgestaltung eröffnet die Möglichkeit, die Gesamtdicke des Fluidsystems in dem Bereich herabzusetzen, der das Ventil 200 umgibt. Diese Ausgestaltung setzt auch die Materialmenge herab, die zur Bildung des Ventils 200 verwandt wird, wodurch die Gesamtkosten sinken. Zum zweiten vertraut das Ventil 200 auf die Substratschicht 220b zur Bildung eines Teils des Kanals 240, wodurch bestehende Bauteile des Fluidsystems dafür verwandt werden, Teile des Ventils 200 zu bilden. Die Materialien, die die Ventilschicht 210 und die Substratschichten 220 bilden, sollten mehrere Eigenschaften haben. Zum Ersten sollten die Materialien eine sichere Bildung der Schweißstellen 230 und 250 zwischen den verschiedenen Materialschichten unter Verwendung von technischen Standardverfahren, wie beispielsweise dem Wärmekontaktschweißen, dem Hochfrequenzschweißen, dem Laserschweißen und dem Infrarotschweißen erlauben. Zum Zweiten sollten die Materialien in ausreichendem Maße für die Fluide wie beispielsweise Luft undurchlässig sein. Zum Dritten sollten die Materialien eine ausreichende Biegsamkeit haben, damit das Ventil 200 in der oben beschriebenen Weise arbeitet. Zum Vierten sollten die Materialien eine Dauerhaftigkeit haben, die es dem Ventil 200 erlaubt, über zahlreiche Arbeitszyklen zu arbeiten. Zum Fünften sollten die Materialien so gewählt sein, dass sie einer Hydrolyse oder einer chemischen Zersetzung aufgrund des Vorhandenseins von Wasser widerstehen, wenn um das Ventil 200 herum Wasser oder Wasserdampf vorhanden sein kann. Auf der Grundlage dieser Betrachtungen schließen geeignete Materialien thermoplastisches Polyurethan, Urethan, Polyvinylchlorid und Polyethylen ein. Wenn das Ventil 200 aus thermoplastischem Polyurethan gebildet wird, liegt die geeignete Stärke für die Ventilschicht 210 bei 0,018 Inch (0,46 mm), sie kann aber auch im Bereich von 0,004 Inch (0,10 mm) bis 0,035 Inch (0,89 mm) beispielsweise liegen. In ähnlicher Weise liegt eine geeignete Stärke für die Substratschichten 220 bei 0,030 Inch (0,76 mm) sie kann jedoch auch im Bereich von 0,015 Inch (0,38 mm) bis 0,050 Inch (1,27 mm) beispielsweise liegen. Die Stärke der Ventilschicht 210 und die Stärke der Substratschichten 220 können von den oben beschriebenen Bereichen jedoch in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung des Ventils 200, den Materialien und Herstellungsverfahren, die benutzt werden, und den Eigenschaften abweichen, die das Ventil 200 dem Fluidsystem geben soll.
Ein Vorteil der Positionierung der Substratschweißstellen 250 neben dem Einlass 242, wie es in 4 dargestellt ist, besteht in dem relativ großen Flächenbereich der ersten Fläche 212a, die dem Fluid am Auslass 244 ausgesetzt ist. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 242 kleiner als der Druck des Fluides am Auslass 244 ist, reicht in der oben beschriebenen Weise die Kraft, die das Fluid im Einlass 242 auf die zweite Fläche 212b der Ventilschicht 210 ausübt, nicht aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 244 auf die erste Fläche 212a ausübt, wodurch ein Trennen der Ventilschicht 210 und eine Fluidströmung durch das Ventil 200 verhindert sind. Durch die Gestaltung der Position der Ventilschicht 210 derart, dass ein relativ großer Flächenbereich der ersten Fläche 212a dem Fluid am Auslass 244 ausgesetzt ist, nimmt der Kontaktbereich zwischen der zweiten Fläche 212b und der Substratschicht 220b proportional zu. Einer der Hauptmechanismen, über den ein Durchgang des Fluides durch das Ventil 200 verhindert wird, sind die hermetisch dichten Kontakteigenschaften der zweiten Fläche 212b und der Substratschicht 220b. Es wird daher ein höherer Wirkungsgrad dadurch erreicht, dass ein relativ großer Teil der ersten Fläche 212a dem Fluid am Auslass 244 ausgesetzt ist.
Im Folgenden wird anhand von 5 ein Verfahren zum Herstellen des Ventils 200 in einem Stück mit den Substratschichten 220 beschrieben. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang bildet eine erste Teilbaugruppe, die die Substratschicht 220a und die Ventilschicht 210 einschließt. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang bildet insbesondere die erste Teilbaugruppe dadurch, dass ein Teil der Ventilschicht 210 mit der Substratschicht 220a verbunden wird, um die Substratschweißstelle 250 zu bilden. Im zweiten Verbindungsarbeitsvorgang werden die Teilbaugruppen so ausgerichtet, dass die Ventilschicht 210 mit dem passenden Teil der Substratschicht 220b in Kontakt kommt und sich die Ventilschicht 210 zwischen den Substratschichten 220 befindet. Kanalschweißstellen 230 und Einlassschweißraupen 246 werden anschließend gebildet, wodurch die Herstellung des Ventils 200 abgeschlossen wird. Wie es im Folgenden mehr im Einzelnen beschrieben wird, kann ein Blockiermaterial auf die erste Fläche 212a der Ventilschicht 210 aufgebracht werden, um zu verhindern, dass zusätzliche Verbindungen zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220a während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges gebildet werden. Alternativ kann das Blockiermaterial auf die Oberfläche der Substratschicht 220a aufgebracht werden oder kann das Blockiermaterial ein zusätzlicher Teil des Materials sein, das sich zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220a befindet. Das Blockiermaterial ist zur Herstellung des Ventils 200 jedoch nicht notwendig.
Vor der Durchführung des ersten Verbindungsarbeitsvorganges wird die Ventilschicht 210 gebildet. Die Ventilschicht 210 ist mit einer rechtwinkligen Geometrie dargestellt, sie kann jedoch eine Vielzahl anderer Geometrien haben, die zur Bildung des Ventils 200 geeignet sind und eine quadratische, runde, trapezförmige oder nicht regelmäßige Geometrie einschließen. Eine Betrachtung hinsichtlich der Geometrie der Ventilschichten 210 ist die sich ergebende Länge und Breite des Kanals 240. Ein Kanal 240 mit einer relativ großen Länge kann zu einem größeren Öffnungsdruck oder zu einem niedrigerem Strömungsdurchsatz beispielsweise als bei einem Kanal 240 mit relativ kurzer Länge führen. Ein Kanal 240 mit einer relativ großen Breite kann zu einem höherem Strömungsdurchsatz und einem niedrigerem Öffnungsdruck beispielsweise führen. In ähnlicher Weise kann ein Auslass 244 mit nicht verbundenen Teilen der Ventilschicht 210, die einen relativ großen Oberflächenbereich haben, wirksamer abdichten als nicht verbundene Teile der Ventilschicht 210, die einen relativ kleinen Oberflächenbereich haben. Der Auslass 244 kann auch so gebildet sein, dass er sich nach außen und um den Teil des Kanals 240 neben dem Auslass 244 erweitert. Dementsprechend kann die Ventilschicht 210 verschieden Geometrien haben und wird die spezielle Geometrie in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung, für die das Ventil 200 benutzt werden soll, und den speziellen Eigenschaften gewählt, die das Ventil 200 haben soll. Beispiele der Eigenschaften, die durch Änderungen in der Geometrie oder den Materialien beeinflusst werden, schließen den Öffnungsdruck, den Strömungsdurchsatz und den Rückströmungsdurchsatz ein.
Anschließend an die Bildung der Ventilschicht 210 wird diese bezüglich des Substrats 220 angeordnet. Im typischen Fall werden die Substratschichten 220 zu einem oder mehreren Bauteilen eines Fluidsystems. Bezüglich des Systems 10 beispielsweise können die Substratschichten 220 die gegenüber liegenden Seiten der Leitung 30 bilden. Dementsprechend sollte die Ventilschicht 210 auf der Substratschicht 220b so angeordnet werden, dass der Einlass 242 von der Seite der Leitung 30 neben der Pumpkammer 20 fluidzugänglich ist und der Auslass 244 von der Seite der Leitung 30 neben der Druckkammer 50 fluidzugänglich ist, um dadurch die Pumpkammer 20 in Fluidverbindung mit der Druckkammer 50 zu bringen.
Wenn die Ventilschicht 210 bezüglich der Substratschicht 220a positioniert ist, kann die Substratschweißstelle 250 gebildet werden. In den 5A und 5B sind die Ventilschicht 210, die Substratschicht 220a und die Hochfrequenzpressplatte 260 in ihren relativen Positionen dargestellt. Die Hochfrequenzpressplatte 260 weist einen Verbindungsteil 262 und einen Schweißstromrichterteil 264 auf. Der Verbindungsteil 262 erzeugt Hochfrequenzenergie, die die Substratschweißstelle 250 bildet. Die Kontaktfläche des Verbindungsteils 262 hat eine rechtwinklige Form mit Abmessungen, die ausreichen, um die Ventilschicht 210 mit der Substratschicht 220a quer wenigstens über die Breite des Einlasses 242 zu verbinden. Der Verbindungsteil 262 wird daher wenigstens einen Teil der Breite der Ventilschicht 210 erwärmen und mit der Substratschicht 220a verbinden. Der Schweißstromrichterteil 264 ist so gestaltet, dass er verhindert, dass sich eine Schweißraupe neben der Substratschweißstelle 250 und zwischen anderen Teilen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220a bildet. Der Schweißstromrichterteil 264 legt dementsprechend einen zusätzlichen Druck auf den Teil der Ventilschicht 210, der mit der Substratschicht 220a unverbunden bleiben soll. Bei der Gestaltung, die in 5A dargestellt ist, ist der Schweißstromrichterteil 264 nicht so geformt, dass er die Bildung einer Schweißraupe um andere Teile der Substratschweißstelle 250 herum verhindert. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann sich der Schweißstromrichterteil 264 teilweise oder vollständig um den Verbindungsteil 262 herum erstrecken. Wie bei der Hochfrequenzpressplatte 160 des ersten Ausführungsbeispiels kann die Hochfrequenzpressplatte 260 eine abgestufte Form haben, die die Gesamtstärke der Schichten 210 und 220 im Bereich der Substratschweißstelle 250 herabsetzt.
Um die Substratschweißstelle 250 zu bilden, werden die Substratschicht 220a und die Ventilschicht 210 zwischen der Hochfrequenzpressplatte 260 und einer anderen Fläche beispielsweise einer ebenen Platte oder einer anderen Pressplatte (nicht dargestellt) angeordnet und zusammen gedrückt. 5B zeigt in einer Querschnittsansicht die Positionen der Hochfrequenzpressplatte 260, der Substratschicht 220a und der Ventilschicht 210 vor der Verbindung. 5C zeigt die Bauteile anschließend an die Bildung der Substratschweißstelle 250. Wenn die Substratschweißstelle 250 gebildet ist, ist die erste Teilbaugruppe fertig gestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Teilbaugruppe im We sentlichen ähnlich zu der ersten Teilbaugruppe beim ersten Ausführungsbeispiel ist.
Der zweite Verbindungsarbeitsvorgang verbindet die erste Teilbaugruppe mit der Substratschicht 220b, um das Ventil 200 zu bilden. Wenn das Ventil 200 in Fluidsysteme eingebaut wird, die komplizierter als das Fluidsystem 10 sind, können weitere Verbindungsarbeitsvorgänge erforderlich sein, um andere Bauteile des Fluidsystems zu bilden. Das Ventil 200 ist jedoch grundsätzlich so gestaltet, dass es über die beiden beschriebenen Verbindungsarbeitsvorgänge gebildet werden kann. Der Fachmann wird in der Lage sein, das oben beschriebene Verfahren so abzuwandeln, dass das Ventil 200 in kompliziertere Fluidsysteme integriert wird.
Wie es in den 5D und 5E dargestellt ist, wird die erste Teilbaugruppe so ausgerichtet, dass die Ventilschicht 210 neben der Substratschicht 220b liegt. D. h., dass sich die Ventilschicht 210 zwischen den Substratschichten 220 befindet. Es können herkömmliche Verfahren dazu verwandt werden, die erste Teilbaugruppe in passender Weise zur Substratschicht 220b auszurichten. Es können beispielsweise Positionierungsstifte verwandt werden, die Öffnungen in der ersten Teilbaugruppe und in der Substratschicht 220b entsprechen. Positionierungsstifte können auch bei vorhergehenden Teilen des Verfahrens zur Bildung der ersten Teilbaugruppe verwandt werden, um dadurch sicher zu stellen, dass die Ventilschicht 210 während der Verbindung mit den Substratschichten 220a richtig positioniert ist.
Wenn die erste Teilbaugruppe in passender Weise ausgerichtet ist, werden eine Hochfrequenzpressplatte 270a und eine separate Hochfrequenzpressplatte 270a auf beiden Seiten der ausgerichteten Teilbaugruppen positioniert und dazu benutzt, Kanalschweißstellen 230 zu bilden. Die Hochfrequenzpressplatten 270 können auch Teile aufweisen, die die Substratschichten 220 miteinander verbinden, um ein Bauteil eines Fluidsystems wie beispielsweise die Leitung 30 im Fluidsystem 10 zu bilden. Die Hochfrequenzpressplatten 270 weisen jeweils einen Verbindungsteil 270 und einen Schweißstromrichterteil 274 auf. Die Teile der Hochfrequenzpressplatten 270, die dazu verwandt werden, Substratschichten 220 miteinander zu verbinden, fehlen in der Darstellung der Hochfrequenzpressplatten 270 in 5D. Die vorliegende Erfindung wird sich daher auf die Verbindung der zweiten Seite 212b der Ventilschicht 210 mit der Substratschicht 220b konzentrieren.
Zusätzlich zur Bildung der Kanalschweißstellen 230 verhindert der zweite Verbindungsarbeitsvorgang die Bildung von Schweißraupen neben den Kanalschweißstellen 230 mit der Ausnahme des Bereiches des Einlasses 242. Die Verbindungsteile 272 sind so gestaltet, dass Kanalschweißstellen 230 neben dem Einlass 242 gebildet werden. Die Schweißstromrichterteile 274 sind um Segmente der Verbindungsteile 272 herum angeordnet, die für die Bildung der Kanalschweißstellen 230 verantwortlich sind.
Die Schweißstromrichterteile 274 befinden sich dementsprechend zwischen den Segmenten der Verbindungsteile 272, die die Kanalschweißstellen 230 bilden, um die Bildung von Schweißraupen im Kanal 240 zu verhindern. Die Schweißstromrichterteile 274 erstrecken sich auch über den Bereich des Auslasses 244, verlaufen aber nicht zwischen den Segmenten der Verbindungsteile 272 im Bereich des Einlasses 242. Diese Gestaltung ermöglicht die Bildung von Einlassschweißraupen 246 im Einlass 242 und zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220b. Wie es oben beschrieben wurde, bringen die Einlassschweißraupen 246 den Einlass 242 in die geöffnete Stellung, wodurch der Eintritt des Fluides in den Einlass 242 erleichtert ist.
Wenn die erste Teilbaugruppe und die Substratschicht 220b zu den Hochfrequenzpressplatten 270 ausgerichtet sind, werden sie zwischen den Hochfrequenzpressplatten 270 zusammengedrückt, um die Kanalschweißstellen 230 zu bilden. Darüber hinaus sammelt sich ein Überschuss an geschmolzenen Teilen neben dem Einlass 242, um die Einlassschweißraupen 246 zu bilden, da in diesem Bereich Schweißstromrichterteile 274 fehlen. 5E zeigt in einer Querschnittsansicht die Hochfrequenzpressplatten 270, die erste Teilbaugruppe und die Substratschicht 220b vor dem zweiten Verbindungsarbeitsvorgang. 5F zeigt die Bauteile anschließend an die Bildung der Kanalschweißstellen 230. Wie bei den Hochfrequenzpressplatten 170 des ersten Ausführungsbeispiels kann wenigstens die Hochfrequenzpressplatte 270a eine abgestufte Form mit drei versetzten Flächen haben. Die Hochfrequenzpressplatte 270b kann jedoch nur zwei versetzte Bereiche zwischen dem Verbindungsteil 272b und dem Schweißstromrichterteil 174b haben, wie es in den 5E und 5F dargestellt ist. Alternativ kann die Hochfrequenzpressplatte 270b eine ebene Fläche haben, die die höchste Stufe nicht aufweist, die in den 5E und 5F dargestellt ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist die Substratschweißstelle 250, die beim ersten Verbindungsarbeitsvorgang gebildet wird, eine einzelne Befestigungsstelle zwischen der Ventilschicht 210 und der Substratschicht 220a. Um zusätzliche Verbindungen zwischen der Ventilschicht 210 und den Substratschichten 220a während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges zu vermeiden, kann ein Blockiermaterial auf einen Teil der ersten Fläche 212a vor dem ersten Verbindungsarbeitsvorgang aufgebracht werden. Das Blockiermaterial sollte neben dem Teil der ersten Fläche 212a aufgebracht oder angeordnet werden, an dem sonst eine Verbindung auftreten würde, jedoch nicht an den Teilen der ersten Fläche 212, an denen eine Verbindung auftreten soll. Das Blockiermaterial sollte beispielsweise nicht auf den Bereich der ersten Fläche 212a aufgebracht werden, an dem die Substratschweißstelle 250 auftreten soll, um die Bildung der Substratschweißstelle 250 während des ersten Verbindungsarbeitsvorganges zu erleichtern. Eine pas sende Stelle zum Aufbringen eines Blockiermaterials auf die erste Fläche 212a schließt den Bereich ein, der dem Teil der zweiten Fläche 212b gegenüberliegt, der zur Bildung der Kanalschweißstellen 230 verbunden wird, jedoch nicht neben dem Einlass 242 liegt. Alternativ kann ein Blockiermaterial an der ersten Flächen 212a weggelassen werden, um dadurch eine Verbindung zwischen den Substratschichten 220 und der Ventilschicht 210 während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges herzustellen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Die Bauteile und die Funktion eines Ventils 300, das in 6 dargestellt ist, werden im Folgenden mehr im Einzelnen beschrieben. Das Ventil 300 weist eine erste Ventilschicht 310a und eine zweite Ventilschicht 310b auf, die zwischen einer ersten Substratschicht 320a und einer zweiten Substratschicht 320b angeordnet sind. Bezüglich des Fluidsystems 10 sind die Substratschichten 320 zu den beiden Polymerschichten analog, die die Pumpkammer 20, die Leitung 30 oder die Druckkammer 50 beispielsweise bilden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Substratschichten 320 auch die Materialien sein können, die andere Arten von Bauteilen des Fluidsystems bilden.
Die erste Ventilschicht 310a und die zweite Ventilschicht 310b werden über zwei Kanalschweißstellen 330 miteinander verbunden, die einen Kanal 340 bilden, der sich zwischen den Ventilschichten 310 und zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Kanalschweißstellen 330 befindet. Der Kanal 340 weist einen Einlass 342 und einen Auslass 344 auf. Der Einlass 342 ist in die geöffnete Stellung durch zwei Einlassschweißraupen 346 vorgespannt, die aus dem Polymermaterial gebildet sind, das sich im Einlass 342 und neben der Kanalschweißstelle 330 während der Verbindung der ersten Ventilschicht 310a und der zweiten Ventilschicht 310b sammelt. Im Gegensatz zu dem Ventil 100 bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Kanalschweißstellen 330 im Bereich des Auslasses 344 miteinander verbunden und umschließen die Kanalschweißstellen 330 den Auslass 344. Dementsprechend ist eine Auslassöffnung 348 durch die Ventilschicht 310a hindurch gebildet. Jede Ventilschicht 310 weist eine Außenfläche 312 und eine Innenfläche 314 auf. Bezüglich der Ventilschicht 310a liegt beispielsweise die Außenfläche 312a neben der Substratschicht 320a und ist diese Außenfläche 312a mit der Substratschicht 320a verbunden. Die Ventilschicht 310a weist auch eine Innenfläche 314a auf, die neben der Ventilschicht 310b liegt. In ähnlicher Weise weist die Ventilschicht 310b einen Außenfläche 312b, die neben der Substratschicht 320b liegt, und eine gegenüberliegende Innenfläche 314b auf, die neben der Innenfläche 314a liegt.
Das Ventil 300 weist gleichfalls zwei Substratschweißstellen 350 auf, die die Ventilschichten 310 an den Substratschichten 320 anbringen. Die Substratschweißstellen 350 bringen insbesondere die Ventilschicht 310a an der Substratschicht 320a an, und bringen die Ventilschicht 310b an der Substratschicht 320b an. Wie es in 6 dargestellt ist, befinden sich die Substratschweißstellen 350 neben dem Einlass 342. Substratschweißstellen 350 können auch neben anderen Teilen des Ventils 30 angeordnet sein.
Das Ventil 300 arbeitet in ähnlicher Weise wie das Ventil 100 beim ersten Ausführungsbeispiel. Fluid strömt durch den Kanal 340 und in die Richtung vom Einlass 342 zum Auslass 344. Das Fluid tritt dann aus dem Ventil 300 aus, indem es durch die Auslassöffnung 348 geht. Das Ventil 300 begrenzt jedoch deutlich den Fluidstrom in die entgegengesetzte Richtung. Wie erwähnt spannen die Einlassschweißraupen 346 den Einlass 342 in die geöffnete Stellung vor. Diese Gestaltung stellt sicher, dass das Fluid im Fluidsystem wenigstens in den Teil des Kanals 340 eintreten kann, der vom Einlass 342 gebildet ist. Wie bei den vor hergehenden Ausführungsbeispielen ist der Haupteinflussfaktor, der bestimmt, ob das Ventil durch das Ventil 300 hindurchgehen kann, der relative Unterschied im Druck zwischen dem Fluid im Einlass 342 und dem Fluid am Auslass 344. Wenn der Druck des Fluides im Einlass 342 den Druck des Fluides am Auslass 344 zuzüglich eines Öffnungsdruckes des Ventils 300 überschreitet, reicht die Kraft, die das Fluid im Einlass 342 auf die Innenflächen 314 der Ventilschichten 310 ausübt, aus, um die Kraft zu überwinden, die das Fluid am Auslass 344 auf die Außenflächen 312 ausübt, so dass sich die Ventilschichten 310 trennen können. Wenn sich die Ventilschichten 310 trennen, kann Fluid durch den Kanal 340 hindurch gehen und das Ventil 300 durch die Auslassöffnung 348 verlassen. Wenn der Druck des Fluides am Einlass 342 unter dem Druck des Fluides am Auslass 344 liegt, dann reicht die Kraft, die das Fluid im Einlass 342 auf die Innenflächen 314 der Ventilschichten 310 ausübt, jedoch nicht aus, um die Kraft zu überwinden, die Fluid am Auslass 342 auf die Außenflächen 312 ausübt, so dass sich die Ventilschichten 310 nicht trennen können. Wenn die Ventilschichten 310 nicht getrennt sind, ist der Kanal 340 für die Fluidübertragung wirksam geschlossen.
Der Auslass 344 hilft dabei, den Durchgang des Fluides durch das Ventil 300 zu verhindern, indem er sicherstellt, dass die Ventilschichten 310 einen hermetischen Kontakt miteinander haben. Das Ventil 300 ist so aufgebaut, dass die Kanalschweißstelle 330 die Auslassöffnung 348 umgibt, jedoch von der Auslassöffnung 348 beabstandet ist. Der Abstand stellt sicher, dass die Ventilschichten 310 in einen hermetisch dichten Kontakt um die Auslassöffnung 348 kommen können, wodurch verhindern wird, dass Fluid zwischen den Ventilschichten 310 hindurch geht. Die Innenflächen 314 können glatte kohäsive Flächen sein, die das Schließen des Ventils 300 erleichtern. Die Eigenschaften der Innenflächen 314 können dementsprechend zu dem hermetisch dichten Kontakt beitragen und einen Fluidströmung in einer Richtung durch das Ventil 300 erleichtern. Die Betrachtungen, die in Verbindung mit den Ventilen 100 und 200 angestellt wurden, sind auch für das Ventil 300 relevant. Dementsprechend schließen geeignete Materialien für die Ventilschichten 310 und die Substratschichten 320 thermoplastisches Polyurethan, Urethan, Polyvinylchlord und Polyethylen ein. Wie oben angegeben ist das Ventil 300 konstruktiv dem Ventil 100 ähnlich, die Hauptunterschiede beziehen sich auf die Geometrie der Kanalschweißstellen 330 und des Auslasses 340.
Als ein alternativer Aufbau, der in 7 dargestellt ist, kann ein ähnliches Ventil 400 aus einer einzigen Ventilschicht 410 statt aus zwei Ventilschichten 310 gebildet werden, wie es oben beschrieben wurde. Die Ventilschicht 410 kann somit zwischen zwei Substratschichten 420 angeordnet werden und zwei Kanalschweißstellen 430 werden zwischen der Ventilschicht 410 und der Substratschicht 420b gebildet, um einen Kanal 440 zwischen der Ventilschicht 410 und der Substratschicht 420b zu bilden. Die Kanalschweißstellen 430 sind im Bereich eines Auslasses 440 miteinander verbunden und umgeben eine Auslassöffnung 448. Konstruktiv ist das Ventil 400 daher ähnlich dem Ventil 200, der Hauptunterschied bezieht sich auf die Geometrie der Kanalschweißstellen 430 und des Auslasses 440.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Ähnlichkeit im Aufbau, in der Funktion und im Herstellungsverfahren zwischen den Ventilen 300 und 400 eine separate Beschreibung bezüglich des Ventils 400 nicht erforderlich macht. Die folgende Beschreibung bezüglich des Herstellungsverfahrens wird sich folglich primär auf das Ventil 300 konzentrieren, wobei sich versteht, dass ähnliche Konzepte allgemein auch für das Ventil 400 gelten.
Ein Verfahren zum Herstellen des Ventils 300 wird im Folgenden anhand von 8 beschrieben. Allgemein schließt das Verfahren zwei Verbindungsarbeitsvorgänge ein. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang der in den 8A bis 8C dargestellt ist, bildet eine erste Teilbaugruppe und eine zweite Teilbaugruppe, die jeweils eine Substratschicht 320 und eine Ventilschicht 310 aufweisen. Das heißt insbesondere, dass der erste Verbindungsarbeitsvorgang die erste Teilbaugruppe dadurch bildet, dass ein Teil der Ventilschicht 310a mit der Substratschicht 320a zur Bildung einer Substratschweißstelle 350a mit einer Hochfrequenzpressplatte 360 verbunden wird, die einen Verbindungsteil 362 und eine Schweißstromrichterteil 364 aufweist. Der erste Verbindungsarbeitsvorgang bildet auch eine zweite Teilbaugruppe über einen ähnlichen Arbeitsvorgang, der die Verbindung eines Teils der Ventilschicht 310b mit der Substratschicht 320b zur Bildung einer Substratschweißstelle 350b einschließt. Bei dem zweiten Verbindungsarbeitsvorgang, der in den 8B bis 8G dargestellt ist, werden die Teilbaugruppen so ausgerichtet, dass die Ventilschichten 310 in Kontakt miteinander stehen und die Ventilschichten 310 zwischen den Substratschichten 320 angeordnet sind. Die Kanalschweißstellen 330 und die Einlassschweißraupen 346 werden anschließend gebildet, wodurch die Herstellung des Ventils 300 abgeschlossen wird. Die Schweißraupen 346 können auch eine andere Gestaltung haben, die sich wenigstens teilweise den Kanal 340 abwärts erstreckt. Wie es später im Einzelnen später beschrieben wird, kann ein Blockiermaterial auf die Außenflächen 312 der Ventilschichten 310 aufgebracht werden, um die Bildung von zusätzlichen Verbindungen zwischen den Ventilschichten 310 und den Substratschichten 320 während des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges zu verhindern. Alternativ kann das Blockiermaterial auch auf die Oberflächen der Substratschichten 320 aufgebracht werden oder kann das Blockiermaterial ein zusätzlicher Teil des Materials sein, das sich zwischen den Ventilschichten 310 und den Substratschichten 320 befindet.
Vor der Ausführung des ersten Verbindungsarbeitsvorgangs werden die Ventilschichten 310 einzeln gebildet. Die Ventilschichten 310 sind so dargestellt, dass sie eine rechtwinklige Geometrie mit einem kreisförmigen Teil haben, der den Auslass 344 bildet, sie können jedoch eine Vielzahl von anderen Geometrien haben, die gleichfalls für die Bildung des Ventils 300 geeignet sind und eine quadratische, eine runde, eine trapezförmige oder eine nicht regelmäßige Geometrie einschließen. Zusätzlich ist die Auslassöffnung 348 in der Ventilschicht 310a gebildet. Wenn die Ventilschichten 310 gebildet sind, werden sie bezüglich der Substratschichten 320 angeordnet. Im typischen Fall werden Substratschichten 320 zu einem oder mehreren Bauteilen eines Fluidsystems. Bezüglich des Systems 10 können beispielsweise die Substratschichten 320 die gegenüberliegenden Seiten zum Beispiel der Leitung 30 bilden. Dementsprechend würden die Ventilschichten 310 auf den Substratschichten 320 so angeordnet, dass der Einlass 342 von der Seite der Leitung 30 neben der Pumpkammer 20 fluidzugänglich ist und der Auslass 344 von der Seite der Leitung 30 neben der Druckkammer 50 fluidzugänglich ist, um dadurch die Pumpkammer 20 in Fluidverbindung mit der Druckkammer 50 zu bringen.
Anschließend an die Positionierung der Ventilschicht 310a bezüglich der Substratschicht 320a kann die Substratschweißstelle 350a durch beispielsweise Hochfrequenzschweißen gebildet werden. In den 8A und 8B sind die Ventilschicht 310a, die Substratschicht 320a und die Hochfrequenzpressplatte 360 in ihren relativen Positionen für den ersten Verbindungsarbeitsvorgang dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Hochfrequenzpressplatte 360 einen Verbindungsteil 362 und einen Schweißstromrichterteil 364 aufweist. Der Verbindungsteil 362 erzeugt die Hochfrequenzenergie, die die Substratschweißstelle 350a bildet. Die Kontaktfläche des Verbindungsteils 362 hat eine rechtwinklige Form mit einer Breite, die der Breite der Ventilschicht 310a im Bereich des Einlasses 342 entspricht. Der Verbindungsteil 362 wird daher die Breite der Ventilschicht 310a erwärmen und mit der Substrat schicht 320a verbinden. Der Schweißstromrichterteil 364 ist so gestaltet, dass die Bildung einer Schweißraupe neben der Substratschweißstelle 340a und zwischen anderen Teilen der Ventilschicht 310a und der Substratschicht 320a verhindert ist. Dementsprechend legt der Schweißstromrichterteil 364 einen zusätzlichen Druck an den Teil der Ventilschicht 310a, der mit der Substratschicht 320a unverbunden bleiben soll. Der Schweißstromrichterteil 364 ist jedoch nicht so gestaltet, dass er die Bildung einer Schweißraupe um andere Teile der Substratschweißstelle 350a herum verhindert. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann sich der Schweißstromrichterteil 364 teilweise oder vollständig um den Verbindungsteil 362 herum erstrecken.
Um die Substratschweißstelle 350a zu bilden, werden die Substratschicht 320a und die Ventilschicht 310a zwischen der Hochfrequenzpressplatte 360 und einer anderen Fläche beispielsweise einer ebenen Platte oder einer anderen Pressplatte (nicht dargestellt) angeordnet und zusammengedrückt. 8B zeigt in einer Querschnittsansicht die Positionen der Hochfrequenzpressplatte 360, der Substratschicht 320a und der Ventilschicht 310a vor der Verbindung. 8C zeigt die Bauteile anschließend an die Bildung der Substratschweißstelle 350a. Wenn die Substratschweißstelle 350a gebildet ist, ist die erste Teilbaugruppe fertig gestellt. Die Hochfrequenzpressplatte 360 kann eine abgestufte Form haben, wie es bei den Hochfrequenzpressplatten 160 und 260 der Fall war.
Anschließend an die Bildung der ersten Teilbaugruppe kann die zweite Teilbaugruppe unter Verwendung eines ähnlichen Arbeitsvorganges gebildet werden. Die zweite Teilbaugruppe weist die zweite Substratschicht 320b und die zweite Ventilschicht 310b auf, die zur Bildung der Substratschweißstelle 350b miteinander verbunden sind. Die oben beschriebenen Konzepte bezüglich der Bildung der ersten Teilbaugruppe sind auch bei der zweiten Teilbaugruppe anwendbar. Die Beschreibung wird sich daher auf die verbleibenden Teile des Herstellungsvorganges konzentrieren.
Der zweite Verbindungsarbeitsvorgang verbindet die erste Teilbaugruppe mit der zweiten Teilbaugruppe, um das Ventil 300 zu bilden. Wenn das Ventil 300 in Fluidsysteme eingebaut wird, die komplizierter als das Fluidsystem 10 sind, können weitere Verbindungsarbeitsvorgänge nötig sein, um andere Bauteile des Fluidsystems zu bilden. Das Ventil 300 kann jedoch grundsätzlich durch die oben beschriebenen beiden Verbindungsarbeitsvorgänge gebildet werden. Der Fachmann wird in der Lage sein, das beschriebene Verfahren abzuwandeln, um das Ventil 300 in kompliziertere Fluidsysteme zu integrieren.
Wie es in den 8D und 8E dargestellt ist, werden die erste und die zweite Teilbaugruppe so ausgerichtet, dass sich die erste Ventilschicht 310a neben der zweiten Ventilschicht 310b befindet und sich die erste Substratschweißstelle 350a neben der zweiten Substratschweißstelle 350b befindet. D.h., dass die Ventilschichten 310 zwischen den Substratschichten 320 angeordnet werden und dass Teile der ersten Ventilschicht 310a zu entsprechenden Teilen der zweiten Ventilschicht 310b ausgerichtet werden. Es können herkömmliche Verfahren dazu verwandt werden, die ersten Teilbaugruppe zur zweiten Teilbaugruppe in passender Weise auszurichten. Beispielsweise können Positionierungsstifte, die Öffnungen in jeder Teilbaugruppe entsprechen, dazu benutzt werden, die Teilbaugruppen während der Herstellung sicher und einfach auszurichten. Die Positionierungsstifte können auch bei vorhergehenden Schritten des Verfahrens dazu benutzt werden, die Teilbaugruppen zu bilden, um dadurch sicherzustellen, dass die Ventilschichten 310 während der Verbindung mit den Substratschichten 320 in passender Weise positioniert sind.
Wenn die Teilbaugruppen in passender Weise ausgerichtet sind, werden die Hochfrequenzpressplatte 370a und eine separate Hochfre quenzpressplatte 370b auf beiden Seiten der ausgerichteten Teilbaugruppen positioniert und dazu benutzt, die Kanalschweißstellen 330 zu bilden. Die Hochfrequenzpressplatte 370 kann auch Teile aufweisen, die die Substratschichten 320 miteinander verbinden, um beispielsweise die Leitung 30 im Fluidsystem 10 zu bilden. Wenn das Ventil 300 jedoch als Einlassventil für eine Kammer benutzt wird, dann kann die Hochfrequenzpressplatte 370 Teile aufweisen, die eine Umfangsverbindung der Kammer bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Verbindungsarbeitsvorgang mit einer einzigen Hochfrequenzpressplatte 370 ausgeführt werden kann, dass diese Anordnung aber zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung führen kann, die ein ungleichmäßiges Schmelzen der Schichten 310 zur Folge hat. Die Hochfrequenzpressplatten 370 weisen jeweils einen Verbindungsteil 372 und einen Schweißstromrichterteil 374 auf. Die Abschnitte der Hochfrequenzpressplatten 370, die dazu verwandt werden, die Substratschichten 320 miteinander zu verbinden, fehlen in der Darstellung der Hochfrequenzpressplatten 370 in 8D. Die vorliegende Beschreibung wird sich dementsprechend auf die Verbindung der Ventilschichten 310 konzentrieren.
Zusätzlich zur Bildung der Kanalschweißstellen 330 verhindert der zweite Verbindungsarbeitsvorgang die Bildung von Einlassschweißraupen 346 neben den Kanalschweißstellen 330 mit der Ausnahme im Bereich des Einlasses 342. Die Verbindungsteile 372 sind so gestaltet, dass Kanalschweißstellen 330 neben dem Einlass 342 gebildet werden. Die Schweißstromrichterteile 374 befinden sich in den Verbindungsteilen 372. Dementsprechend befinden sich Schweißstromrichterteile 374 im Bereich der Verbindungsteile 372, die die Kanalschweißstellen 330 bilden, um die Bildung von Schweißraupen im Bereich des Auslasses 344 zu verhindern. Die Schweißstromrichterteile 374 erstrecken sich nicht zwischen den Segmenten der Verbindungsteile 372 im Bereich des Einlasses 342. Diese Gestaltung führt zu einer Bildung von Einlassschweiß raupen 346 zwischen den Ventilschichten 310 und im Einlass 342. Wie oben beschrieben bringen die Einlassschweißraupen 346 den Einlass 342 in die geöffnete Stellung, um dadurch den Eintritt von Fluid in den Einlass 342 zu erleichtern.
Die Geometrie der Hochfrequenzschweißplatten 370 unterscheidet sich von den Geometrien der Hochfrequenzpressplatten 170 und 270. Um die Kanalschweißstellen 330 zu verbinden, erstrecken sich die Verbindungsteile 372 um den Auslass 344 und sind die Verbindungsteile 372 im Bereich des Auslasses 344 miteinander verbunden. Schweißstromrichterteile 374 sind um die Auslassöffnung 348 zentriert, um die Bildung von Schweißraupen im Bereich des Auslasses 348 zu verhindern.
Wenn die Teilbaugruppen zu den Hochfrequenzpressplatten 370 ausgerichtet sind, werden die Teilbaugruppen zwischen den Hochfrequenzpressplatten 370 zusammengedrückt, um Kanalschweißstellen 330 zu bilden. Darüber hinaus sammeln sich überschüssige geschmolzene Teile der Ventilschichten 310 neben dem Einlass 342, so dass sich Einlassschweißraupen 346 aufgrund des Fehlens von Schweißstromrichterteilen 374 in diesem Bereich bilden. 8E zeigt in einer Querschnittsansicht die Hochfrequenzpressplatten 370 und die Teilbaugruppen vor dem zweiten Verbindungsarbeitsvorgang. 8F und 8G zeigen die Bauteile anschließend an die Bildung der Kanalschweißstellen 330. Wie es bei den Hochfrequenzpressplatten 170 und 270 der Fall war, können verschiedene Bereiche der Hochfrequenzpressplatten 370 eine abgestufte oder versetzte Form haben. Als ein Seiteneffekt des zweiten Verbindungsarbeitsvorganges können Schweißstellen zwischen den Ventilschichten 310 und den Substratschichten 320 gebildet werden, es sei denn, dass ein Blockiermaterial an diesen Bereichen benutzt wird.
Der Fachmann wird erkennen, dass das Ventil 300 auch von den Substratschichten 320 getrennt hergestellt und anschließend in ein Flu idsystem eingebaut werden kann, indem die Schritte des Verfahrens weggelassen werden, die sich auf die Substratschichten 320 beziehen. In Abhängigkeit von der endgültigen Benutzung des Ventils 300 kann ein Blockiermaterial im Einlass 342 angeordnet werden, um zu verhindern, dass die Ventilschichten 310 miteinander verbunden werden, wenn das Ventil 300 in ein Fluidsystem eingebaut wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Obigen und in den zugehörigen Zeichnungen unter Bezug auf die Ansprüche dargestellt. Der Zweck der Beschreibung besteht jedoch darin, ein Beispiel für die verschiedenen Merkmale und Konzepte bezüglich der Erfindung zu geben und nicht den Bereich der Erfindung zu begrenzen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Ventils aus einer Vielzahl von flexiblen Polymerschichten, welches Verfahren die Schritte umfasst: Aufbauen einer ersten Teilbaugruppe durch Bilden einer ersten Substratschweißstelle zwischen einer ersten Ventilschicht und einer ersten Substratschicht, welche erste Ventilschicht einen Einlassteil und einen Auslassteil aufweist, Ausrichten der ersten Teilbaugruppe zu einem zweiten Bauelement derart, dass die erste Ventilschicht zwischen der ersten Substratschicht und dem zweiten Bauelement angeordnet ist, und Verbinden der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement durch Bilden von zwei beabstandeten Kanalschweißstellen zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement, welche Kanalschweißstellen einen Einlass in geöffneter Form und einen Kanal bilden, der sich zwischen der ersten Ventilschicht und dem zweiten Bauelement und zwischen den Kanalschweißstellen befindet, welcher Kanal einen Einlass neben dem Einlassteil und einen Auslass neben dem Auslassteil aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt der Bildung einer zweiten Teilbaugruppe einschließt, die das zweite Bauelement ist, welche zweite Teilbaugruppe dadurch aufgebaut wird, dass eine zweite Substratschweißstelle zwischen einer zweiten Ventilschicht und einer zweiten Substratschicht gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt der Bildung des zweiten Bauelementes aus einer zweiten Substratschicht einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbauens der ersten Teilbaugruppe das Positionieren der ersten Substratschweißstelle neben dem besagten Einlassteil einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbauens der ersten Teilbaugruppe das Bilden der ersten Substratschweißstelle durch Hochfrequenzschweißen mit einer Hochfrequenzpressplatte einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Aufbauens der ersten Teilbaugruppe das Verhindern der Bildung von Schweißraupen neben der ersten Substratschweißstelle durch Einbau eines Schweißstromrichters in die Hochfrequenzpressplatte einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement das Beabstanden der Kanalschweißstellen vom Auslassteil einschließt, wodurch die erste Ventilschicht am Auslassteil nicht mit dem zweiten Bauelement verbunden wird.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement das Bilden der Kanalschweißstellen durch Hochfrequenzschweißen mit zwei Hochfrequenzdruckplatten einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 8, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement das Verhindern der Bildung von Schweißraupen neben wenigstens einem Teil der Kanalschweißstellen durch Einbau von zwei Schweißstromrichtern in die beiden Hochfrequenzpressplatten einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 9, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement das Erleichtern der Bildung von zwei Einlassschweißraupen im Einlass durch Positionieren eines Zwischenraums in einem Bereich der beiden Schweißstromrichtern, der dem Einlass entspricht, einschließt, wobei die Einlassschweißraupen den Einlass in die geöffnete Form bringen.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement die Bildung von zwei Einlassschweißraupen im Einlass einschließt.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbauens der Teilbaugruppe das Positionieren eines Blockiermaterials zwischen der ersten Ventilschicht und der ersten Substratschicht einschließt, welches Blockiermaterial die Bildung von zusätzlichen Verbindungen zwischen der ersten Ventilschicht und der ersten Substratschicht während des Schrittes der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement verhindert.
Verfahren zum Herstellen eines Ventils nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der Verbindung der ersten Ventilschicht mit dem zweiten Bauelement das Verbinden der Kanalschweißstellen an dem Auslassteil und das Bilden einer Auslassöffnung in der ersten Ventilschicht einschließt.
Ventil mit einer ersten Ventilschicht und einer zweiten Ventilschicht, wobei jede Ventilschicht einen Einlassteil und einen Auslassteil aufweist, zwei beabstandeten Kanalschweißstellen die sich zwischen den Ventilschichten befinden, welche Kanalschweißstellen die Ventilschichten miteinander verbinden, einem Kanal, der sich zwischen den Ventilschichten und zwischen den Kanalschweißstellen befindet, welcher Kanal einen Einlass neben den Einlassteilen und einen Auslass neben den Auslassteilen aufweist, und zwei Schweißraupen, die sich im Einlass und neben den Kanalschweißstellen befinden, welche Schweißraupen den Einlass in eine geöffnete Form bringen.
Ventil nach Anspruch 14, bei dem die Ventilschichten aus einem flexiblen Polymermaterial gebildet sind.
Ventil nach Anspruch 14, bei dem die Auslassungsteile der Ventilschichten sich über die Kanalschweißstellen derart hinaus erstrecken, dass wenigstens ein Teil der Auslassteile nicht miteinander verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 14, wobei sich das Ventil zwischen einer ersten Substratschicht und einer zweiten Substratschicht befindet, eine erste Substratschweißstelle zwischen der ersten Ventilschicht und der ersten Substratschicht gebildet ist und eine zweite Substratschweißstelle zwischen der zweiten Ventilschicht und der zweiten Substratschicht gebildet ist.
Ventil nach Anspruch 14, bei dem die Kanalschweißstellen an den Auslassteilen miteinander verbunden sind und eine Auslassöffnung in wenigstens einer Ventilschicht ausgebildet ist.