DE6931321U - Ventilanordnung. - Google Patents

Description

Beckman, Instruments, Inc., Pullerton, Calif., USA

Ventilanordnung

Die Neuerung betrifft allgemein eine Ventilanordnung und im "besonderen ein Rückschlagventil zur Verwendung in Präsisionspumpsystemen.

Seit Jahren werden verschiedene Arten von Ventilanordnungen in Verbindung mit einem Zylinder-Kolben-Aggregat als Strömungsmitte?.pumpsystem verwendet. Ein derartiges Pumpsystem wird für vielerlei Anwendungszwecke benötigt, ein derartiger Anwendungsbereich sind chemische Analysegeräte, bei welchen genau bekannte vorgegebene Flüssigkeitsmengen, beispielsweise zu untersuchende Proben oder Analyseagentien, einem Analyseinstrument zur Bestimmung bestimmter Bestandteile der Probe zugeführt werden sollen. Weitaus der einfachste Ventiltyp für ein derartiges Pumpsystem war bisher irgendeine Ausführung einer Doppel-Rückschlagventilanordnung mit frei beweglichen Kugeln oder dergleichen, als Ventilverschlußteilen.

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Für ein Präzisionspumpsystem, wie es zur Verwendung in Analysegeräten erforderlich ist, hat sich dieser Typ von Ventilanordnung als unbefriedigend erwiesen, da hierbei aufgrund des mechanischen Aufbaus der Ventilanordnung allgemein eine gewisse Ri'ckströmung des Strömungsmittels zum eindeutigen Schließen der Ventilkugelan erforderlich ist und üblicherweise ein erheblicher Druckunterschied an den Ventilen zum Öffnen der Ventile benötigt wird.

Man hat daher bei Präzisionspumpsystemen auch bereits Ventile mit Gleit- bzw. Schiebeflächen aus Ventilverschlußteilen verwendet, die jeweils im geeigneten Zeitpunkt durch den Antriebsmechanismus des Kolbens der Pumpe geöffnet und geschlossen werden. Hierdurch wird nicht nur der Pumpenaufbau kompliziert, sondern auch die Ventilanordnung als solche wird etwa komplizierter als bei der herkömmlichen Kugel-Rückschlagventilanordnung*;Dies hat zur Folge, daß diese Ventilart wesentlich teurer als die zuvor beschriebene'Kugel-Rückschlagventilanordnungen wird; außerdem hat sich auch dieser Ventiltyp nicht als vollständig geeignet und zufriedenstellend zur Förderung von genau bekannten, vorgegebenen Flüssigkeitsmengen erwiesen.

Es besteht daher ein Bedürfnis, nach einer in einem Aufbau einfachen, billig herstellbaren Rückschlagventilanordnung, welche nur eine geringe Anzahl von Teilen benötigt und keinen vergleichbar hohen Druckbedarf zur Betätigung besitzt wie die Kugel-Rückschlagventile.

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Durch die vorliegende Neuerung soll daher eine einfache billig herstellbare Doppelrückschlagventilanordnung geschaffen werden, die sich insbesondere zur Verwendung in Präzisionspumpsystemen zur Förderung von genau bekannten vorgegebenen Flüssigkeitsmengen eignet und die keine besonderen O-Ringe oder Lichtungsringe benötigt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe einer Doppelrückschlagventilanordnung irit einem Ventilkörper, der einen zylindrischen Innenteil, ein diesen umgebendes äußeres Gehäuse, ein paar konzentrische, in axialem Abstand angeordnete Ringnuten in dem Innenteil, die an der äußeren zylindrischen Oberfläche desselben offen sind und ein Paar von Ringkanälen bilden, einen Schlitz an der Innenseite jedes Ringkanals, ein elastisches Band in jedem Ringkanal, das gegen die Innenseite des Ringkanals unter Verschluß der Schutzöffnung anliegt und Durchlaßkanäle aufweist, die die Schlitze und Ringkanäle mit dem Raum außerhalb des Innenteils verbinden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gehäuse in Form einer einzelnen Hülse ausgebildet ist, mit einer kontinuierlichen zylindrischen inneren Oberfläche über seine gesamte Länge, wobei die Hülse und der Innenteil, abgesehen von den Ringkanälen über die gesamte Ausdehnung dicht miteinander verbunden sind, so daß die Außenflächen der Ringkanäle durch ringförmige Teile der Innenfläche der Hülse gebildet werden, und daß die elastischen Bänder von der Außenfläche der Ringkanäle im Abstand angeordnet sind, und daß die Durchlaßkanäle erste Durchlaßkanäle und zweite Durchlaßkanäle mit von den entsprechenden Kanalöffnungen sich radial nach innen erstreckenden Teile und dritte Durchlaßkanäle und vierte Durchlaßkanäle Umfassen, die in die entsprechenden Ringkanäle im Abstand von darin angeordneten elastischen Bändern münden.

Man erkennt, äaß die neuerungsgemäße Verwendung eines elastischen Bandes als Ventilverschlußteil ein sehr einfaches billig herstellbares Ventilelement liefert, das keine höhe Druckdifferenz zum Öffnen und keinen Rückstaudruck zum Schließen benötigt, da das Band aufgrund seiner Eigenelastizität von selbst schließt, sobald der Strömungsmitteldruck unterhalb des Bandes entfällt.

Auf diese Weise werden mit dem neuerungsgemäßen Ventil die eingangs geschilderten Probleme der herkömmlichen Kugelrückschlagventile vermieden, bei welchen ein Rückstaudruck zum Schließen des Ventils und eine verhältnismäßig hohe Druckdifferenz zum Öffnen des Ventils erforderlich waren.

Die neuerungsgemäße Ventilanordnung zeichnet sich darüber hinaus durch ihre billige Herstellbarkeit und die einfache Art ihres Zusammenbaus aus. Sie benötigt nur ein zylindrisches Innenteil und eine einzige äußere Hülse, um die für alle Kanäle notwendigen Ventilsitze zu bilden, die durch die elastischen Bänder abgeschlossen sind. Es werden daher keine besonderen O-Ringe oder anderen Dichtungsringe benötigt, wie das sonst erforderlich ist.

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Ira folgenden werden Ausführungsbeispiele der Neuerung
anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Pig. 1 in scheraatischer Darstellung ein Purapsystem mit

einer Kugel-Absperr- bzw. Rückschlagventilanordnung nach dem Stande der Technik, wie sie bisher verwendet wurde;

Pig. 2 in Längsschnitt eine Ventilanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung, welche sich vorteilhaft zur Anwendung in dem Pumpsystem gemäß Pig. 1 eignet;

Pig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Pig. 2;

Pig. 4 in Längsschnittansicht eine abgewandelte Ausfvhrungsform einer "Ventilanordnung gemäß der Neuerung.

Pig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Pumpsystem zur Zufuhr bekannter vorgegebener Flüssigkeitsmengen an eine Förderstelle. Das System weist eine Pumpe 12, eine Doppelrückschlag ν en til an Ordnung 14 sowie einen Vorratsbehälter 16 für die Flüssigkeit 1b auf. die an die gewünsehte Förderstelle, beispielsweise ein analytisches Instrument,
gefördert werden soll. Die gezeigte Ventilanordnung ist von der bisher verwendeten Art nach dem Stande der
Technik, mit zwei Kugel-Rücksohlagventilen 20, 22, die
mit der Pumpe 12 über eine Leitung 24 verbunden sind.
Das Rückschlagventil 20 ist mit der Flüssigkeit 13 in dem Behälter 1P über eine Leitung 26 verbunden.

Wie ersichtlich, wird während des Saughubs der Pumpe Flüssigkeit durch die Leitung 26 und über das Ventil 20 in die Leitung 24 gesaugt, während das Rückschlagventil 22 geschlossen bleibt. Während des Druck- oder Förderhubs der Pumpe 12 wird das Rückschlagventil 22 durch den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 24 geöffnet und so die Flüssigkeit an die gewünschte Förderstelle gefördert; gleichzeitig bewirkt der Flüssigkeitsdruck in der Leitung eine Schließung des Rückschlagventils 20.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Kugel-Rückschlagventilanordnung 14 ist "zum Schließen der Ventile 20 und 22 eine Rückströmung oder ein Rückstaudruck der Flüssigkeit erforderlich, und außerdem benötigt diese Ventilanordnung zum Öffnen der Ventile einen beträchtlichen Druokunterschied an den Ventilen. Durch die Neuerung wurde eine Doppel-Rückschlagventilanordnung geschaffen, die allgemein in der gleichen Weise wie die Ventilanordnung 14 in Fig. 1 arbeitet, bei der jedoch die in Betrieb der Ventilanordnung 15 bzw. von mit Gleit- bzw. Schiebeflächen arbeitenden VentilanOrdnungen vermieden sind und die außerdem einen weniger komplizierten Aufbau besitzt und somit auch billiger ist.

Ein als Ganzes mit 30 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines Ventils gemäß der Neuerung ist in den Fig.2 und 3 dargestellt. Der Ventilkörper der Ventilanordnung weist ein inneres zylindrisches Teil 32 und eine äußere zylindrische Hülse bzw. Buchse 34 auf, welche das Innenteil dicht schließend umgibt. In dem inneren Teil 32 sind in

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axialem Abstand voneinander zwei an der Außen oberfläche 40 des Innenteiles 32 offene Ringnuten 36 und 38 vorgesehen Diese Ringnuten definieren zusammen mit der Innenwandung 42 der Hülse 34 zwei geschlossene Ringkanäle 44 und 46.

An der Innenseite 52 bzw. 54 der Nuten 36 bzw. 38 sind Ventilschlitze 48 bzw. 50 vorgesehen. Diese Schlitze sind allgemein in gleichem Abstand von den Seitenwänden der Nuten vorgesehen. Der Schlitz 48 steht mit dem Raum außerhalb des Innenteiles 32 über einen G-ang bzw. Kanal 56 in Verbindung. Dieser Kanal weist einen in radialer Richtung verlaufenden Teil 58, welcher in den Schlitz mündet, sowie einen in axialer Richtung verlaufenden Teil 60 auf, der an der Stirnseite 62 des Innenteiles 32 mündet. Der Schlitz 50 steht mit dem Raum außerhalb des Ventilkörper 32 über einen G-ang bzw. Kanal 64 in Verbindung. Dieser Kanal weist einen in radialer Richtung verlaufenden Teil 66, welcher in den Schlitz 50 mündet, sowie einen axial verlaufenden Teil 68 auf, welcher an der gegenüberliegenden Stirnseite 70 des Ventilkörpers 32 mündet.

Der Kanal 44 steht mit dem Raum außerhalb des Ventilkörpers über einen in radialer Richtung verlaufenden Kanal 72 und den in axialer Richtung verlaufenden Teil des Kanals 64 in Verbindung. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, mündet der Kanal 72 an der Seite der Ringnut 36 und erstreckt sich bis zur Außenoberfläche 40 des Innenteils 32. Somit steht der Schlitz 50 über den gemeinsamen, in axialer Richtung verlaufenden Kanal 68 mit dem Kanal 44 in Strömungsverbindung. Der Kanal 46 steht mit dem Raum außerhalb des Ventilkörpers über einen in radialer Richtung einwärts verlaufenden Kanal 74, welcher an der Seite der Ringnut 38 mündet und sich

bis zur Außenoberfläche 40 des Teils 32 erstreckt, sowie über einen in axialer Richtung verlaufenden Teil 76 in Verbindung, der an der Stirnseite 70 des Teils 32 mündet.

Die bei der Ventilanordnung 30 gemäß der Neuerung verwendeten Ventil-Verschlußteile haben die Form ringförmiger elastischer Bänder 78 bzw. 80, die in den betreffenden Nuten 36 bzw. 38 angeordnet sind. Diese Bänder sind mit genügend kleinem Durchmesser ausgeführt,

derart daß sie unter Zugspannung dicht schließend gegen die

Innenseiten 52 bzw. 54 der Ringnuten 36 bzw. 38 anliegen; des weiteren sind die Bänder genügend breit, daß sie

ι die Schlitze 48 und 50 verschließen. Die Zugspannung,

}; unter welcher die Bänder anliegen, ist solcher Art, daß

sie ohne jeglichen Strömungsmitteldruck auf die Außen-

Seiten der Bänder die Schlitze verschließen und abdichten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Außenseite der Bänder in Abstand von den Außenoberflächen der Kanäle 44 und 46, d.h. von der Innenwandung 42 der Hülse 34 liegen, derart, daß die Bänder sich bei Ausübung eines Strömungsmitteldrucks auf die Schlitze 48 und 50 radial auswärts verstellen können.

Bei Verwendung der Ventilanordnung 30 für die Förderzufuhr von Analyseagentien oder Proben zu einem Analysegerät zum Zweck der Analyse der Proben werden die Teile 32 und 34 der Ventilanordnung vorzugsweise aus einem inerten und verhältnismäßig weichen Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polypropylen oder Penton, einem chlorierten Polyäther, hergestellt. Den weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Bänder 78 und 80 aus einem weichen, chemisch inerten Elastomer, wie beispielsweise Silikonoder Fluorsilikon-Kautschuk bestehen.

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Zur Verwendung der Ventilanordnung 30 gemäß der Heuerung in einem Pumpsystem der in Fig. 1 gezeigten Art werden der Kanal 60 mit dem Vorratsbehälter 16, der Kanal 6<3 mit der Pumpe 12 und der Kanal 76 mit dem Förderpunkt, an welchen das Strömungsmittel zugeführt werden soll, verbunden. Im Betrieb arbeitet die Ventilanordnung wie folgt: Während des Ansaughubs der Pumpe bewirkt die Druckverminderung in dem Kanal 44, daß das Band 7ö von dem Schlitz 48 abhebt, derart, daß die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 16 durch den Kanal 56, den Schlitz 48, den Ringkanal 44 und den Kanal 64 in die Leitung des Pumpsystems gelangen kann. Während dieser Zeit ist der Schlitz 50 durch die Eigenelastizität des Bands verschlossen. Während des Druck- oder Förderhubs der Pumpe verschließt das Band 78 den Schlitz 48, während der auf der Innenseite des Bands 80 wirkende Flüssigkeitsdruck dieses Band von dem Schlitz 50 abhebt und so eine Strb'mungsver bindung zwischen dem Kanal 68 und dem Ringkanal 46 herstellt. Die Flüssigkeit fließt dann durch den Ringkanal 46 und über die Kanäle 74 und 76 zu der Förderstelle. Am Ende des Druck- bzw» Förderhubs der Pumpe verschließt das Band 80 den Schlitz 50 wieder, derart, daß sich der Pumpzyklus wiederholen kann. Es hat sich ergeben, daß die Ventilanordnung gemäß der Neuerung die Zufuhr genau bekannter vorgegebener Flüssigkeitsmengen ermöglicht, und zwar bis über ein Jahr hin, ohne daß hierbei Leckprobleme oder Störungen auftreten.

Man erkennt, daß die Wirkung der beiden durch die mit den Schlitzen 48 bzw. 50 zusammenwirkenden Bänder 78 bzw. 80 gebildeten Ventile in der Ventilanordnung 32 infolge der Verbindung der beiden Ventile über die Leitung 68, welche den Schlitz 50 mit dem Kanal 44 verbindet, von-

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einander abhängt. Unter bestimmten Umständen kann es erwünscht sein, die beiden Ventile unabhängig voneinander zu betreiben. In Pig. 4 ist für diesen Zweck eine abgewandelte Ausführungsform gezeigt, die als Ganzes mit bezeichnet ist. Diese Ausführungsform stimmt mit der Ventilanordnung 30 gemäß den Pig. 2 und 3 bis auf den Unterschied überein, daß mit dem radial verlaufenden Teilkanal 72 ein gesonderter, in axialer Richtung verlaufender Kanal 92 verbunden ist, der eine direkte Strömung sverbindung zwischen dem Ringkanal 44 und der Stirnseite 70 des Ventilkörperteils 32 bildet. Bei dieser;¹' Ausführungsform wären sowohl der Kanal 64, der mit dem Schlitz 50 verbunden ist, als auch der Kanal 92 mit der Pumpe 12 verbunden; die Ventilanordnung würde dann in der gleichen Weise wie die Ventilanordnung 30 arbeiten, mit dem Unterschied, daß die beiden Ventile der Anordnung unabhängig voneinander wirken.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Ventils äußerst einfach ist, da lediglich zwei Ringnuten in dem Teil 32 angebracht zu werden brauchen und die radial bzw. axial verlaufenden Kanäle in einfacher Weise in dem Ventilkörperteil 32 gebohrt werden können, um den gewünschten Flüssigkeitsströmungsweg durch das Ventil zu gewährleisten. Die als Ventilverschlußteile dienenden Bänder 78 und 80 werden einfach über die Stirnseiten des Ventilkörperteils 32 gestülpt und in den Ringkanälen 44 und 46 montiert. Danach wird die Hülse 44, die mit einer gewissen Ireßpassung bezüglich dem Innenteil 32 ausgeführt ist, auf diesen Inn.enventilkörperteil aufgezogen, um die Kanäle 44 und 46 zu beschließen. Die Ventilanordnung kann offensichtlich in einfacher Weise auseinandergenommen werden, um die Bänder 78 und 80 zu erneuern, falls dies

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nach längerem Gebrauch der Ventilanordnung erforderlich werden sollte.

Die Neuerung ist selbstverständlich nicht auf die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte spezielle Konfiguration der Ventilanordnung beschränkt. Wie für den Fachmann ohne weiteres klar ist, können die Vorteile der Neuerung mit von den gezeigten wesentlichen verschiedenen baulichen Ausgestaltungen ebenfalls erreicht werden, soweit hierbei ringförmige Kanäle mit darin angeordneten elastischen Bändern zum Verschluß von an der Innenseite dieser Kanäle vorgesehenen Schlitzen verwendet werden. Beispielsweise könnten zwei Ringkanäle nebeneinander in der Hauptfläche einer flachen Platte vorgesehen und durch eine dichtschließend auf die erste Platte aufgelegte zweite Platte verschlossen werden.

Die Neuerung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, denen je-doch keine einschränkende Bedeutung zukommen soll.

- Schutzansprüche -

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Claims (4)

S ο h u t ζ an s ρ r ü ο h e

1) Doppelrückschlagventilanordnung mit einem Ventilkörper, der einen zylindrischen Innenteil, ein diesen umgehendes ätxßeres Gehäuse, ein paar konzentrische, in axialem Abstand angeordnete Ringnuten in dem Innenteil, die an der äußeren zylindrischen Oberfläche desselben offen sind und ein Paar von Ringkanälen bilden, einen Schlitz an der Innenseite jedes Ringkanals, ein elastisches Band in jedem Ringkanal, das gegen die Innenseite des Ringkanals unter Verschluß der Schutzöffnung anliegt und Durchlaßkanäle aufweist, die die Schlitze und Ringkanäle mit dem Raum außerhalb des Innenteils verbinden, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse in Form einer einzelnen Hülse (34) ausgebildet ist, mit einer kontinuierlichen zylindrischen inneren Oberfläche über seine gesamte Länge, wobei die Hülse (34) und der Innenteil (32), abgesehen von den Ringkanälen (44, 46) über die gesamte Ausdehnung dicht miteinander verbunden sind, so daß die Außenflächen der Ringkanäle (44, 4S) durch ringförmige Teile der Innenfläche (42) der Hülse (34) gebildet werden, und daß die elastischen Bänder (78, 80) von der Außenfläche der Ringkanäle (44, 46) im Abstand angeordnet sind, und daß die Durchlaßkanäle erste Durchlaßkanäle (56) und zweite Durchlaßkanäle (64) mit von den entsprechenden Kanalöffnungen (48, 50) sich radial nach innen erstreckenden Teile und dritte Durchlaßkanäle (72) und vierte Durchlaßkanäle (76) umfassen, die in die entsprechenden Ringkanäle (44, 46) im Abstand von den darin angeordneten elastischen Bändern (78, 80) münden.

2) Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Kanal (64, Pig. 2) und der dritte Kanal (72) miteinander verbunden sind.

3) Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der dritte Kanal (72) und der vierte Kanal (76) von den Seitenwänden der Ringkanäle (4.4, 46) nach innen verlaufende Teile aufweisen, und daß sämtliche Durchlaßkanäle in axialer Richtung verlaufende Teile aufweisen, welche die radial verlaufenden Teile mit wenigstens einer Stirnseite (62 bzw. 70) des Ventilkörperinnenteils (32) verbinden.

4) Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Durchlaßkanal (64) und der dritte Diirchlaßkanal (72) einen gemeinsamen in axialer Richtung verlaufenden Teil (68) aufweisen.