DE69819715T2

DE69819715T2 - Zweiwegeventil

Info

Publication number: DE69819715T2
Application number: DE69819715T
Authority: DE
Inventors: Lars Arvidsson; Nina Brunk; Jörgen JÖNSSON; Malte Lennerstedt; Ingmar Malm; Christian Merheim; Elizabeta Naumovska; Joakim Ragnarsson
Original assignee: Gambro Lundia AB
Current assignee: Gambro Lundia AB
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-06-06
Also published as: US6220299B1; AU8048498A; SE509602C2; EP0985109B1; SE9702167L; JP2002502486A; SE9702167D0; ES2210768T3; EP0985109A1; WO1998055785A1; JP4184447B2; DE69819715D1; ATE254255T1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil für ein Fluid, wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Ventil mit einem ähnlichen Aufbau ist in US-A-4,431,019, EP-A1-0578168 und EP-A1-0085298 offenbart.
Das erfindungsgemäße Ventil ist besonders dafür vorgesehen, in einem Dialysegerät verwendet zu werden, welches in seiner Flüssigkeitsaufbereitungs-Stufe eine Vielzahl von Ventilen dieses Typs umfasst. Diese Ventile sind gewöhnlich solenoidbetrieben. Das Ventil kann ein Einweg-Ventiltyp oder Zweiwege-Ventiltyp oder irgendein Mehrwege-Ventiltyp sein.
Das Ventil ist mit einer Membran versehen, die auf einem Ventilsitz in dem Ventil aufliegt. Während des Betriebs des Ventils und des Aufliegens der Membran auf den Ventilsitzen tritt Abnutzung auf. Die Funktion des Ventils verschlechtert sich, und nach einer gewissen Zeit Tritt Leckage auf. Um einen zuverlässigen Betrieb der Ventile sicherzustellen, wird die Membran somit einmal im Jahr ausgetauscht. Dies schließt ein, dass ein Servicetechniker hinaus zur Maschine reist und die Maschine und alle Ventile zerlegt, um die Membranen auszutauschen. Die Kosten für diese Wartung sind deshalb hoch, besonders die Arbeitskosten.
Es ist vorgeschlagen worden, die Membran in einer gewissen Form von Kassette anzuordnen, welche einfacher auszutauschen wäre, um dadurch die Zeit für die vorbeugende Wartung zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung in einem Ventil bereitzustellen, die vereinfachte Prozeduren während solcher vorbeugender Wartungen erlaubt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau vorzuschlagen, der einschließt, dass die Membran nicht ausgetauscht werden muss, wodurch die Wartungskosten radikal reduziert werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Ventil, das mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass für ein Fluid, wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas, umfasst. Der Einlass und / oder der Auslass sind mit einem Ventilsitz für das Zusammenwirken mit einer Membran versehen, wobei die Membran eine Abmessung aufweist, die größer ist als die, die für die Auflage auf dem Ventilsitz notwendig ist. Eine Aktivierungsanordnung veranlasst, dass die Membran für einen selektiven Betrieb des Ventils auf dem Ventilsitz aufliegt.
Erfindungsgemäß ist eine Aktivierungsanordnung zur Verschiebung der Membran vorgesehen, so dass ein neuer, zumindest teilweise unbenutzter Bereich der Membran dem Ventilsitz ausgesetzt werden kann.
Bevorzugt ist die Membran kreisförmig, wobei die Aktivierungsanordnung die Membran um ihren Mittelpunkt herum rotiert, so dass ein neuer Abschnitt dem Ventilsitz ausgesetzt ist. Die Rotation kann, abhängig von der gewünschten Betriebszeit, um einem Winkel von etwa 10°–45°, insbesondere 18°, stattfinden.
Alternativ kann die Membran linear und im Wesentlichen senkrecht zum Ventilsitz verschoben werden.
Die Membran kann in Stufen um einen solchen Betrag verschoben werden, dass ein völlig neuer Abschnitt der Membran dem Ventilsitz ausgesetzt ist.
Alternativ kann die Verschiebung im Wesentlichen kontinuierlich oder in kleinen Stufen stattfinden, so dass die Membran kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erneuert wird.
Bevorzugt ist eine Sperranordnung vorgesehen, welche die Rückkehr eines zuvor dem Ventilsitz ausgesetzten Abschnitts der Membran verhindert, so dass dieser dem Ventilsitz nicht wieder ausgesetzt wird.
Das Ventil ist bevorzugt ein Zweiwegeventil, welches einen Einlass und zwei Auslässe umfasst, wobei diese zueinander ausgerichtet sind, und wobei jeder Auslass einen Ventilsitz aufweist.
Die Aktivierungsanordnung kann von einer Kraftantriebsquelle, wie etwa einem Solenoid oder einem Motor, angetrieben werden. Auf diese Weise besteht nicht länger irgendeine Notwendigkeit, das Gerät zu demontieren; an Stelle ihres "Austauschs" kann die Membran elektrisch aktiviert werden, indem zum Beispiel ein Knopf gedrückt wird, oder über einen Mikro-Computer, der ferngesteuert sein kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Zweiwegeventils werden aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung, die unten und mit Bezug auf die Zeichnung angegeben ist, ersichtlich.
1 ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ventils, teilweise im Querschnitt.
2 ist eine Perspektivansicht einer Membran in dem Ventil gemäß 1.
3 ist eine Explosionsansicht des Ventils gemäß 1.
4 ist eine Perspektivansicht, welche die Ventilsitze detaillierter zeigt.
5 ist eine der 4 ähnliche Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Ventil, welches in 1 gezeigt ist, umfasst eine äußeres Gehäuse 1, das mit einem inneren Gehäuse 2 versehen ist. Das innere Gehäuse 2 umfasst einen Einlass 3, welcher sich rechtwinklig zu der Ebene des Papiers erstreckt und sich danach um 90° nach oben biegt und zentral in der oberen Oberfläche des inneren Gehäuses 2, gekennzeichnet mit 4, ausströmen lässt. Das innere Gehäuse 2 umfasst weiter einen ersten Auslass 5 und einen zweiten Auslass 6. Die Auslässe 5 und 6 weisen Öffnungen auf, die durch Ventilsitze 7 und 8 in der oberen Oberfläche des inneren Gehäuses 2 definiert sind.
Die obere Oberfläche des inneren Gehäuses ist durch eine elastische Trennwand oder Membran 9 bedeckt, die die allgemeine Form aufweist, wie sie in 2 dargestellt ist. Die Membran ist symmetrisch kreisförmig, das heißt rund, wenn man sie wie in 2 von oben betrachtet. Die Membran 9 ist mit Hilfe eines passenden Klebstoffs 11 an dem kreisförmigen Ring fixiert.
Ein Aktivierungshebel 12 ist um eine Achse 13 schwenkbar. Das untere Ende des Hebels 12 ist mit einer Zwischenlage 14 versehen, die einen symmetrischen kreisförmigen Querschnitt aufweist, der im Allgemeinen der oberen Oberfläche der Membran 9 entspricht, wie es in 1 und 3 gezeigt ist.
Wenn der Hebel 12 entsprechend dem Pfeil 15 um eine Achse 15 rotiert wird, wird die Membran 9, wie es in 1 gezeigt ist, gegen den Ventilsitz 8 gepresst. Wenn der Hebel 12 in die andere Richtung rotiert wird, wird die Membran 9 dagegen gegen den Ventilsitz 7 gepresst.
Die Membran 9 lässt die Einlassöffnung 4 über einen Hohlraum 16 zwischen der oberen Oberfläche des inneren Gehäuses 2 und der Membran 9 im Wesentlichen frei. Entsprechend kann Flüssigkeit von dem Einlass 3 über den Hohlraum 16 zu dem offenen Ventilsitz 7 und durch den Auslass 5 hinaus strömen, wie es durch die Pfeile 17 und 18 angezeigt ist. Wenn der Hebel 12 in 1 nach links geschwenkt wird, wird dagegen der Ventilsitz 8 geöffnet, und die Flüssigkeit strömt statt dessen durch den Auslass 6 aus. Die Betätigung des Hebels 12 wird bevorzugt über ein Solenoid 23 erreicht.
Die Membran 9 in einem solchen Ventil unterliegt um den Bereich der Ventilsitze 7 und 8 herum einer beträchtlichen Abnutzung. Um ein zuverlässiges Funktionieren des Ventils sicherzustellen, wird deshalb die Membran regelmäßig, zum Beispiel einmal pro Jahr, wie oben erwähnt, ausgetauscht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verlängerte Lebensdauer für die Membran auf Grund der Tatsache erreicht, dass sie so angeordnet ist, dass sie drehbar ist, so dass neue, unbenutzte Abschnitte der Membran dem Ventilsitz ausgesetzt werden können, anstatt die Membran in ihrer Gesamtheit austauschen zu müssen.
Erfindungsgemäß ist die Membran 9 an einem Ring 10 befestigt. Der Ring 10 und die Membran 9 sind in zehn (oder zwanzig) Sektoren aufgeteilt, die jeweils 18° eines Kreises umfassen. Wenn die Membran nach einem Jahr ausgetauscht werden muss, dreht der Techniker einfach den Ring 10 um 18°, wodurch ein neuer, unbeschädigter Abschnitt der Membran 9 den Ventilsitzen 7 und 8 ausgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Membran "ausgetauscht" werden, ohne das Ventil zerlegen zu müssen. Dieser "Austausch" kann 10 mal stattfinden, wodurch die Lebensdauer des Ventils 10 Jahre wird, angenommen, der Austausch ist auf einmal pro Jahr festgelegt.
Das Material der Membran 9 ist bevorzugt Silikonkautschuk (Polydimethylsiloxan) vom Typ WACKER 3003. Dieses Membranmaterial sollte eine mögliche Lebensdauer von etwa 10 Jahren oder mindestens 5 Jahren aufweisen.
Die übrigen Teile des Ventils sind aus PEEK, Polyetheretherketon, hergestellt, welches ein thermoplastisches Material mit guter chemischer Widerstandskraft und guten Fließeigenschaften bei den in Frage kommenden Betriebstemperaturen ist.
Um ein Zurückdrehen des Rings 10 und der Membran 9 zu verhindern, ist der Ring 10 mit Zähnen 19 versehen, welche mit einer Rücklaufsperrklinke 20 zusammenwirken, die in dem inneren Gehäuse, siehe 4, ange ordnet ist. Die Zähne sind in Intervallen von 18° beabstandet angeordnet. Somit entspricht dies, wenn der Ring eine Kerbe weiter gedreht wird, einem "Austausch" der Membran 9, da ein neuer, völlig unbenutzter Sektor der Membran nach vorne gedreht und den Ventilsitzen ausgesetzt wird.
Der Ring 10 kann mit Eingriffen für ein Werkzeug versehen sein, was eine Drehung des Rings um 18° ermöglicht, ohne dass man das Werkzeug auskuppeln muss. Durch das Ansetzen des Werkzeugs an einer korrekten Stelle, und indem es so weit wie möglich gedreht wird, wird die korrekte Verschiebung der Membran präzise erreicht.
Der Ring 10 kann mit einer (nicht gezeigten) Federanordnung ausgestattet sein, welche den Ring 10 entgegen der Rücklaufsperrklinke vorspannt, so dass die Zähne mit der Rücklaufsperrklinke in Eingriff treten, sobald sich ein Zahn über die Rücklaufsperre hinwegbewegt hat.
Die Rücklaufsperrklinke kann sich auf einem verschiebbaren Schlitten 21 befinden, wie es in 5 dargestellt ist. Der Schlitten wird durch ein Solenoid oder einen Motor 22 verschoben. Wenn das Solenoid 22 aktiviert wird, wird der Schlitten 21 zum Solenoid hin verschoben, und passiert hierdurch einen Zahn 19 in dem Ring 10, der sich über demselben befindet, siehe 3, in welcher die Rücklaufsperrklinke 21 teilweise gezeigt ist. Danach wird der Schlitten 22, entweder durch Federkraft oder aktiv über das Solenoid 22 in die in 5 gezeigte Stellung zurück gebracht, und nimmt hierdurch den Ring 10 und die Membran 9 mit sich.
Die Betätigung des Solenoids findet elektrisch statt und kann manuell stattfinden, indem ein Druckknopf auf oder in dem Gerät betätigt wird.
Bevorzugt wird jedoch der Computer in dem Dialysegerät vorprogrammiert, um das Solenoid nach einer Anzahl von Betriebsstunden entsprechend der erwarteten Lebensdauer für jedes Ventil, welche natürlich für verschiedene Ventile unterschiedlich sein kann, zu betätigen.
Alternativ oder ergänzend kann die Betätigung für eine Fernwartung über eine Fernbedienung, zum Beispiel über Telefonleitungen oder über Funksignale, erfolgen.
Die obere Oberfläche des Einsatzes 2, der die Ventilsitze 7 und 8 aufweist, ist in 4 gezeigt. Diese Ventilsitze weisen eine ovale Form oder eine Ei-Gestalt auf, um die größtmögliche Oberfläche zuzulassen, ohne einen zu großen Bereich der sektorförmigen Membranoberfläche in Anspruch zu nehmen. Die Ventilsitze weisen somit eine sich nach innen zum Zentrum hin verjüngende Querschnittsfläche auf.
Zusätzlich ist der Einlass 4 im Zentrum angeordnet und mit einer Strömungsverteilung gezeigt, welche so ausgelegt ist, dass die Bildung von Bereichen mit stillstehender Flüssigkeitsströmung vermieden wird.
Wie es aus 3 ersichtlich ist, ist die Innenseite des Rings 10 mit einer Vielzahl hervorstehender Rippen versehen. Diese wirken mit der Membran 9 zusammen und dienen dazu, sicherzustellen, dass die Membran zusammen mit dem Ring rotiert. Die Zwischenlage 14 ist an der Membran befestigt und dreht sich ebenfalls mit derselben.
Die Verbindung der Zwischenlage 14, der Membran 9 und des Rings 10 kann über einen passenden Klebestoff erreicht werden. Eine weitere Alternative ist es, zuerst die Membran 9 durch Spritzgießen herzustellen, und danach die zwei anderen Komponenten 10 und 14 durch Spritzgießen direkt auf die Membran 9 aufzubringen, wodurch die Haftung bereits während der Herstellung geschaffen wird.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Membran während der Herstellung so gebildet, dass sie bereits Segmente mit 18° umfasst. Die Membran wird dadurch mit Stegen versehen, die eine passende Teilung erzeugen. Natürlich können andere Teilungen, zum Beispiel 30° für eine Lebensdauer von sechs Jahren usw., verwendet werden.
Die Membran 11 und der Ring 10 weisen bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der Einsatz 2 und das Gehäuse 1 können einen beliebigen Querschnitt aufweisen und sind in einer bevorzugten Ausführungsform rechteckig.
Es ist innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich, dass andere Membranformen verwendet werden können. Im Besonderen kann die Membran rechteckig und linear, im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene der Ventilsitze, verschoben sein.
Es ist nicht notwendig, die Membran so weit zu verschieben, dass eine völlig unbenutzte Region der Membran den Ventilsitzen ausgesetzt wird. In einer alternativen Ausführungsform wird die Membran jedes Mal nur um eine kurze Distanz von wenigen Millimetern oder kontinuierlich verschoben, so dass den Ventilsitzen mehr oder weniger kontinuierlich neues Material ausgesetzt wird.
Solche kleinen Verschiebungen können jedes Mal stattfinden, wenn das Ventil aktiviert wird. Passenderweise finden solche Verschiebungen jedoch nicht während des normalen Betriebs statt, sondern statt dessen während Zeiträumen, wenn die Maschine nicht in Gebrauch ist. Auf diese Weise wird die Ausführung von Funktionsprüfungen des Geräts erleichtert, bevor das Gerät verwendet wird.
Die Erfindung ist oben mit Bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden. Die verschiedenen Komponenten können jedoch innerhalb des Umfangs der Erfindung auf verschiedene Weisen kombiniert werden. Die Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Ventil, umfassend: mindestens einen Einlass (3) und mindestens zwei Auslässe (5, 6) für ein Fluid, wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas, wobei jeder der Auslässe mit einem Ventilsitz (7, 8) versehen ist, eine Membran (9), die zur Zusammenwirkung mit den Ventilsitzen eingerichtet ist, wobei die Membran (9) eine Abmessung aufweist, die größer ist als die, die zur Auflage auf jedem der Ventilsitze notwendig ist, eine Betätigungsanordnung (12) zum Betätigen der Membran, so dass sie auf den Ventilsitzen zum selektiven Betrieb des Ventils aufliegt; gekennzeichnet dadurch, dass die Membran, wenn sie mit einem der Ventilsitze in Eingriff steht, von dem anderen der Ventilsitze außer Eingriff steht, und durch eine Aktivierungsanordnung (10) zur Verschiebung der Membran derart, dass ein neuer, zumindest teilweise unbenutzter Abschnitt der Membran dem mit der Membran in Eingriff stehenden Ventilsitz ausgesetzt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Membran (9) kreisförmig ist, und dass die Aktivierungsanordnung (10) eingerichtet ist, um die Membran um ihren Mittelpunkt zu drehen, so dass ein neuer Sektor dem Ventilsitz diesem gegenüber ausgesetzt ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung (10) eingerichtet ist, um die Membran um einen Winkel von ungefähr 10°-45°, insbesondere 18°, zu drehen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung (10) eingerichtet ist, um die Membran linear und im Wesentlichen senkrecht zu dem Ventilsitz zu verschieben.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung (10) eingerichtet ist, um die Membran im Wesentlichen kontinuierlich oder in kleinen Stufen zu verschieben, so dass die Membran kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich erneuert wird.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung (10) eingerichtet ist, um die Membran in einem Schritt um einen solchen Betrag zu verschieben, dass ein vollständig neuer Abschnitt der Membran dem Ventilsitz ausgesetzt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung (10) eine Sperranordnung (19, 20) umfasst, die ein erneutes Einführen eines zuvor dem Ventilsitz ausge setzten Abschnittes der Membran verhindert, so dass dieser dem Ventilsitz nicht wieder ausgesetzt wird.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass das Ventil einen Einlass (3) und zwei Auslässe (5, 6) umfasst, die in einer Linie angeordnet sind.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Aktivierungsanordnung von einer Kraftantriebsquelle (22), wie etwa einem Solenoid oder einem Motor, betrieben ist.