DK166293B - Omstillelig mikroelektroventil med en enkelt membran - Google Patents

Description

DK 166293B

Opfindelsen angår en omstillelig mikroelektro-ventil med mindst to porte og et ventilhus med et kammer, hvori fluidumtilgangs- og afgangsrør udmunder, samt et bevægeligt element, der omfatter en membran og 5 virker som lukkeelement for et af disse rør og er styret af kernen i en elektromagnet.

Det er kendt, at formålet med manuelle eller motordrevne to- eller trevejsventiler er at afspærre passagen for et fluidum gennem et rør eller at overføre et 10 fluidum fra et tilgangsrør til den ene eller anden af to afgangsrør. For at opnå dette er det ventilhus, hvortil disse rør er forbundet, normalt forsynet med et bevægeligt aggregat, som i afhængighed af sin stilling åbner eller lukker en afgangsport.

15 I en trevej sventil lukker det bevægelige aggre gat en port samtidigt med at en anden åbnes og vice versa, og det er eksempelvis udformet som en vipbar plade, som bærer et elastisk tætneelement, eller som en lukkeventil med to sæder, som bevæges i translation i 20 et hus mellem to modstående porte. Disse aggregater skal udformes omhyggeligt, så at tætningen er korrekt selv efter hyppigt brug, navnlig såfremt de er motordrevne eller - som det er almindeligt ved elektroven-tiler - drevne af en elektromagnet. Dette medfører me-25 get ofte komplementære justeringssystemer i forbindelse med returfjedre, og sådanne arrangementer komplicerer alle produktet og gør det tungere. Selvom dette ikke er så vigtigt ved almindeligt brug, når det eksempelvis drejer sig om at orientere vand ved normal-30 tryk fra en hovedledning mod en af grenet ledning, er dette overhovedet ikke tilfældet indenfor visse anvendelsesområder, såsom det medicinske område, hvor almindelige elektroventiler ikke kan anvendes. Ved denne anvendelse kan der faktisk ikke løbes nogen risiko for, 35 at de omhandlede væsker kan lække fra elektroventilen eller i modsat fald, at væskerne kan nås af eller for-

DK 166293B

2 urenes med et ydre medium, uanset arten af dette. Endvidere skal de ønskede mikroelektroventiler ofte have lille størrelse, lav vægt og være i stand til at styres af en laveffektelektromagnet.

5 En kendt tilgangsvinkel til at overvinde disse problemer består i at anvende et lukkeelement, der anvender to plastmembraner monteret på hver sin side af en kerne, der går gennem en central boring i elektro-ventilens hus. Disse membraner, som er elastiske, kan 10 deformeres i deres hus og lukke porte, som åbner ind i dette, samtidigt med at andre porte åbnes, og dette sker linder påvirkning fra en elektromagnets kerne. Det er også kendt at udforme en mikroelektroventil, såsom den er beskrevet i ansøgerens franske patentansøgning 15 86 08908, som er i stand til at modstå relativt høje tryk på trods af reduceret størrelse og som kan anvendes til overførsel af ethvert fluida.

Som følge af tilstedeværelsen af to membraner anvender mikroventiler af denne type dog to huse til 20 indløb eller udløb af fluidum og en tætnet forbindelsesindretning mellem disse to: membran-forbindelses aggregatet danner et enkelt mobilt aggregat drevet af samme kerne. Dette involverer konstruktion af flere dele med lille størrelse, der er delikate at samle og 25 vanskelige at justere således, at membranernes lukning på deres sæder er konstant. Endvidere er det døde fluidumvolumen, der eksisterer i hver membrans hus, ikke ubetydeligt, hvilket kan være en ulempe ved overføring af meget små fluidumstrømningsmængder.

30 Pra US-A-2 935 086 kendes en omstillelig ventil med et ventilhus og to afgangsrør beliggende på hver sin side af et centralt anbragt tilgangsrør. Afgangsrørene udmunder i hvert sit kammer, og to membraner strækker sig på tværs af rørmundingerne. Ud for hvert 35 rør bærer membranerne et lukkestykke, som er forbundet med en i huset lejret vægtstang, hvis bevægelse er sty-

DK 166293B

3 ret af en elektromagnet. Denne ventiludformning er pladskrævende og omfatter mange enkeltdele, som komplicerer fremstillingen og samlingen af ventilen. De bevægelige dele har endvidere forholdsvis stor masse, der 5 nødvendiggør anvendelse af en ganske kraftig elektromagnet .

Opfindelsen giver en ny tilgangsvinkel, hvormed der undgås ovennævnte ulemper, og som fordelagtigt giver en enklere udformning samtidig med at give en væ-10 sentlig større driftssikkerhed.

Med henblik herpå er mikroelektroventilen ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at et af en fjeder påvirket vippeelement, som kan svinge i forhold til et omdrejningspunkt beliggende ved midten af membranen, kan 15 indstille membranen mod et af rørene, at vippeelementet kan bevæges fra den ene til den anden af sine to ligevægtsstillinger svarende til membranens to lukkestillinger ved hjælp af et styrestykke, som er bevægeligt i ventilhuset under påvirkning fra elektromagnetens ker-20 ne, og at styrestykket er anbragt i en boring, (2), som går gennem ventilhuset langs dets længdeakse, hvor en af styrestykkets ender (4) kan ligge i niveau med en ikke lukket afgangsåbning af boringen.

Styrestykket har hensigtsmæssigt i sin centrale 25 del en åbning, som går gennem hele styrestykkets tykkelse og strækker sig parallelt med aksen.

Styrestykkets centrale del er fortrinsvis således afskåret efter en plan vinkelret på åbningens plan, at der er dannet en flade mellem aksen og en frembrin-30 ger for styrestykket, hvorhos der på tværs af fladen og ved dennes center findes to noter.

Ifølge et yderligere træk ved opfindelsen, hvor ventilen omfatter en profilflange, der lukker en cylindrisk åbning udformet i en sideflade af ventilhuset, og 35 som har tre gennemgående små tilgangs- eller afgangsrør, har flangen kop-formet profil, hvis centrale koniske profildel kan optage en kugle.

DK 166293 B

4

Ifølge endnu et yderligere træk ved opfindelsen har vippeelementet i hovedsagen facon som en snurretop, hvis nedre, koniske yderside ligger mod membranens overside under belastning af en fjeder og drejer på 5 kuglen, og hvis øvre del har en stang i indgreb med åbningen i styrestykket.

Ved et fordelagtigt arrangement ifølge opfindelsen har vippeelementets koniske yderside et centralt felt til positionering af elementet på kuglen, og vip-1 o peelementet har på siden modsat den koniske yderside et tværstykke bestemt til optagelse i styrestykkets noter.

Andre særegne træk og fordele ved opfindelsen vil fremgå klart af den efterfølgende beskrivelse af et ikke begrænsende eksempel på en udførelsesform med hen-15 visning til tegningen, hvor fig. 1 viser et skematisk tværsnitsbillede af mikroelektroventilen i hvilestilling, fig. 2 et perspektivbillede af et styrestykke udformet som en styreglider, 20 fig. 3 et perspektivbillede af et vippeelement, og fig. 4 et skematisk tværsnitsbillede af mikroelektroventilen i arbejdsstilling.

En på tegningen vist mikroelektroventil har 25 stort set facon som en rektangulær kasse fremstillet af et plastmateriale, som danner et ventilhus 1. Huset har langs sin længdeakse A-A' en gennemgående cylindrisk formet boring 2, der indeholder et styrestykke i form af en styreglider 3, som også er vist i fig. 2.

30 Et cylindrisk endeafsnit 4 af glideren kan glide i ventilhuset og flugter med en ikke lukket afgangsåbning af boringen 2. Gliderens anden endeafsnit 5 flugter også med boringen 2's anden afgangsåbning, der endvidere er lukket ved hjælp af et forbindelsesstykke 6, 35 der er påskruet ventilhuset og virker som understøtning for spolen af en ikke vist elektromagnet. Denne elek-

DK 166293 B

5 tromagnets bevægelige kerne 7 strækker sig gennem forbindelsesstykket og er afsluttet i et kernehoved, som danner et indgrebsorgan 8, der er anbragt i en udskæring 9 ved endeafsnittet 5 af glideren 3.

5 Endvidere er en fjeder 10 indsat mellem en krave li på glideren 3 i nærheden af udskæringen 9 og en muffe 22, der styrer kernen 7 og er anbragt mellem stykket 6 og ventilhuset 1. Det centrale afsnit af glideren 3 mellem det cylindriske endeafsnit 4 og et 10 andet med kraven li hosliggende cylindrisk afsnit 15, som begge glider i boringen 2, har en åbning 12, der går gennem dette centrale afsnit af glideren over hele dens tykkelse, og som strækker sig parallelt med aksen A-A'. Det centrale afsnit mellem de to cy- 15 lindriske afsnit 4 og 5 er også afskåret i et plan vinkelret på åbningen 12' s plan, så at der er dannet en flade 13 mellem aksen A-A' og en frembringer for glideren. Endelig findes der på tværs af denne flade og ved dennes midte to noter 14.

20 I en sideflade af ventilhuset 1 er der end videre en af en flange 16 lukket cylindrisk åbning.

Mellem flangen og kanterne af ventilhuset 1's åbning er der indspændt en tætnende membran 23, som sammen med flangen afgrænser et kammer 17 med lille volumen.

25 Tre små fluidumtilgangs- eller afgangsrør 18, 19 og 20 strækker sig gennem flangen 16. Hver af disse små rør udmunder i kammeret 17. To rør 18 og 19 udmunder i kammeret 17 inden i en ring, som danner et relief på bunden af flangen. Det tredje rør 20 ud-30 munder direkte i flangens bund. Det ses i fig. 1, at flangen 16 har en meget speciel profil i form af en kop, hvis centrale koniske profildel kan optage en kugle 21 anbragt i midten af membranen.

I en ikke vist variant kan kuglen være i ét 35 stykke med flangen 16 og støbt i ét stykke med denne, ligesom muligvis også rørene 18, 19 og 20.

DK 166293 B

6

Med henblik herpå har membranen 23 en lille central åbning. Mellem membranen 23 og glideren 3' s flade 13 er der i boringen 2 dannet et frit volumen, der virker som hus for et vippeelement 24. Det 5 også i fig. 3 viste vippeelement 24 har stort set facon som en snurretop, hvis nedre koniske yderside 25 er forbundet med oversiden af membranen 23. Membranen har dermed en profil, som svarer til ydersiden 25 og i afhængighed af sidstnævntes orientering bliver den 10 deformeret som det senere klart beskrives. Denne yderside 25 har et centralt felt til positionering af vippeelementet på kuglen. Endvidere har vippeelementet på siden modsat den koniske yderside 25 et tværstykke 26 til indgreb med noterne 14. Over dette mellem-15 stykke går en stang 27 på vippeelementet ind i den i glideren udformede åbning 12 og afsluttes i en tap 28.

I ikke viste varianter kan membranen 23 og vippeelementet være sammenstøbt i et stykke som en en-20 kelt enhed.

Det fremgår af fig. l, at en fjeder 29 ligger an mod stangen 27 og strækker sig inden i glideren 3's åbning 12 op til et indstilleligt stop 30, som ligger i en med gevind forsynet åbning 31 udformet i 25 ventilhuset l's sideflade modsat kammeret 17. Tværstykket 26 indgriber med en lille frigang inden i noterne 14 og tillader vippeelementet at indtage en vis hældning i forhold til et plan vinkelret på aksen A-A' i afhængighed af glideren 3's beliggenhed. Fjederen 30 29 udøver da et tryk på enden af stangen 27, som hælder i forhold til dette plan, og som det er låser vippeelementet 24 i dets stilling. For udøvelse af samme virkning kan der i stedet for fjederen være anvendt en elastisk strimmel.

35 Den viste elektroventil virker på følgende måde.

I den i fig. 1 viste hvilestilling er elektromagneten

DK 166293 B

7 ikke aktiveret, og under påvirkning af fjederen 10 holdes glideren 3 mod højre og dens endeafsnit 4 flugter med boringen 2's åbning, vippeelementet 24 hælder således mod højre, at membranen 23 afspærrer 5 røret 19 og lader røret 18 stå åbent. Det gennem røret 20 til kammeret 17 indledte fluidum passerer frit gennem røret 18. Det af fjederen 29 på stangen 28 udøvede lejringstryk overføres til vippeelementets yderside 25 på siden for røret 19, og membranen 23 10 presses sammen under rørets kant, så at der opretholdes en særdeles god tætning. Så snart elektromagneten aktiveres , vil kernen 7 påføre glideren 3's endeafsnit 5 en trækkraft gennem indgrebsorganet 8 og rettet mod kraften fra fjederen 10. Glideren 3 bevæges 15 derefter til den i fig. 4 viste stilling. Under denne bevægelse påvirker kanterne af noterne 14 kanten af tværstykket 26, hvilket får vippeelementet 24 til at vippe. Tappen 28 ved vippeelementets ende 27 er bevæget inden i fjederen 29, som selv er vippet mod 20 venstre. Så snart vippeelementet har overskredet en mellemliggende stilling i en plan vinkelret på aksen A-A', vil fjederen 29 forstærke denne vippebevægelse, muliggjort ved hjælp af frigangen mellem noterne 14 og tværstykket 26. Dermed deformeres membranen 25 23 hurtigt som følge af vippeelementets hældning; den bevæges derefter væk fra røret 19 og føres ind mod røret 18. Der er så etableret fluidumkommunikation mellem røret 20 og røret 19. Da membranen 23 på denne måde kan presses mod sit sæde, er der ingen ri-30 siko for dårlig tætning som følge af urenheder. Omstillingen er hurtig og éntydig, idet vippeelementet 24 passerer fra den i fig. 1 viste første ligevægtsstilling til den i fig. 4 viste anden ligevægtsstilling, der hver svarer til en af to mulige indstillin-35 ger af membranen.

Så snart aktiveringen af elektromagneten ophører, presser fjederen 10 glideren 3 tilbage til ud-

DK 166293B

8 gangsstillingen vist i fig. 1. Der er automatisk omstillingslåsning i denne stilling. Det bemærkes, at brugeren også selv kan styre glideren ved at presse mod endeafsnittet 4, der ligger glat med den ene side af 5 elektroventilen, dvs. ventilen vedbliver at være manuelt brugbar, hvis elektromagneten skulle svigte.

Da kammeret 17 mellem membranen 23 og flangen 16 har en lille størrelse, er det døde fluidumvolumen lille, hvilket gør rengøring let. Foruden at 10 virke som lukkeventil mod sit sæde giver den enkelte membran også en perfekt tætning mod det ydre medium og mod boringen 2, hvori glideren 3 kan glide. Denne tætning er ikke alene sikret for væsker under tryk, men også for gasser under højt eller lavt tryk, og endog i 15 et vakuum. Størrelsen af ventilhuset 1 er reduceret uden at der dermed er sket en formindskelse af gennemstrømningstværsnittet for fluidum gennem rørene 18, 19 og 20.

Som følge af frigangen mellem glideren 3 og 20 vippeelementet 24 ved niveauet for noterne 14, er der ingen stivhed mellem styringen af elektromagneten og lukkesystemet, og de risikerer dermed ikke at bringes ud af indstilling. Endvidere er membranens lukkekraft på den ene eller den anden af sæderne justerbar 25 ved hjælp af stoppet 30 uafhængig af elektromagnetens trækkraft. Fordi vippeelementet 24 er drevet gennem glideren 3's noter i et højt niveau i forhold til det af kuglen 21 dannede vippepunkt for elementet, er momenterne således, at trækkraften af kernen 7 og 30 dermed elektromagnetens effekt kan være lille samtidigt med at membranens lukkekraft er stor.

Med dette specielle aggregatarrangement er det endvidere muligt at foretage en udskiftning af omstillingssystemet og af membranen fra ydersiden uden nød-35 vendigvis at skulle fjerne ventilen fra det udstyr, hvori den anvendes.

Claims (13)

15 PATENTKRAV

1. Omstillelig mikroelektroventil med mindst to porte og et ventilhus (1) med et kammer, hvori fluidumtilgangs- og afgangsrør (18, 19) udmunder, samt et be-20 vægeligt element, der omfatter en membran (23) og virker som lukkeelement for et af disse rør og er styret af kernen (7) i en elektromagnet, kendetegnet ved, at et af en fjeder (29) påvirket vippeelement 25 (24), som kan svinge i forhold til et omdrejningspunkt (21) beliggende ved midten af membranen (23), kan indstille membranen mod et af rørene (18, 19), at vippeelementet (24) kan bevæges fra den ene til den anden af sine to ligevægtsstillinger svarende 30 til membranens to lukkestillinger ved hjælp af et styrestykke (3), som er bevægeligt i ventilhuset (1) under påvirkning fra elektromagnetens kerne (7), og at styrestykket (3) er anbragt i en boring (2), som går gennem ventilhuset (l) langs dets længdeakse 35 (A-A1), hvor en af styrestykkets ender (4) kan ligge i niveau med en ikke lukket afgangsåbning af boringen. DK 166293B 10

2. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at boringens (2) anden afgangsåbning på siden mod kernen (7) er lukket af et forbindelsesstykke (6), som omslutter en muffe (22) til styring af kernen.

3. Ventil ifølge krav 1, kendetegnet ved, at styrestykket (3) ved enden (5) mod kernen (7) har en udskæring (9) til optagelse af kernens indgrebsorgan (8).

4. Ventil ifølge krav 1 eller 2, kende- 10 tegnet ved, at en fjeder (10) er indsat på siden mod kernen mellem en på styrestykket (3) udformet krave (11) og muffen (22).

5. Ventil ifølge krav l, kendetegne-t ved, at styrestykket i sin centrale del har en åbning 15 (12), som går gennem hele stykkets tykkelse og strækker sig parallelt med aksen (A-A'). 6. ventil ifølge krav 5, kendetegnet ved, at styrestykkets (3) centrale del er således afskåret efter en plan vinkelret på åbningens (12) plan, 20 at der er dannet en flade (13) mellem aksen (A-A*) og en frembringer for styrestykket.

7. Ventil ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der findes to noter (14) på tværs af fladen (13) ved dennes center.

8. Ventil ifølge krav l og omfattende en profil flange (16), der lukker en cylindrisk åbning udformet i en sideflade af ventilhuset (1), og som har tre gennemgående små tilgangs- eller afgangsrør (18, 19, 20) kendetegnet ved, at flangen (16) har kop- 3.0 formet profil, hvis centrale, koniske profildel kan optage en kugle (21).

9. Ventil ifølge krav 1, 5 eller 8, kendetegnet ved, at vippeelementet (24) i hovedsagen har facon som en snurretop, hvis nedre, koniske yder- 35 side (25) ligger mod membranens (23) overside under belastning af en fjeder (29) og drejer om kuglen (21), og DK 166293 B 11 hvis øvre del har en stang (27) i indgreb med åbningen (12) i styrestykket (3).

10. Ventil ifølge krav 9, kende·tegnet ved, at vippeelementets (24) koniske yderside (25) er 5 forbundet med membranens (23) overside.

11. Ventil ifølge krav 9, kendetegnet ved, at vippeelementets (24) koniske yderside (25) har et centralt felt til positionering af elementet (24) på kuglen.

12. Ventil ifølge krav 7 og 9, kendetegnet ved, at vippeelementet (24) på sin side modsat den koniske side (25) har et tværstykke (26) bestemt til optagelse i styrestykkets (3) noter (14).

13. Ventil ifølge krav 9, kendetegnet 15 ved, at fjederen (29) går gennem åbningen (12) og ligger ari mod et indstilleligt stop (30) anbragt i en anden sideflade af ventilhuset (l).