ES2312485T3 - Acoplamiento de cierre en miniatura. - Google Patents
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Abstract
Acoplamiento de cierre para la conexión de aparatos de laboratorio y recipientes de reacción con una conducción de abastecimiento para conducir flujos volumétricos líquidos o gaseosos con una pieza de acoplamiento (2) y una pieza de conexión (1) que se puede unir a ella, que presentan respectivamente un asiento de válvula, un cuerpo de cierre de válvula y un elemento de muelle de válvula, realizándose el cuerpo de cierre de válvula de la pieza de acoplamiento (2) y el de la pieza de conexión (1) en forma de esferas (6), y con un dispositivo de enclavamiento desmontable que se une a la pieza de conexión (1) y a la pieza de acoplamiento (2), en el que en estado conectado un perfilado existente en la pieza de conexión (1) abre la válvula (5) de la pieza de acoplamiento (2) y un perfilado existente en la pieza de acoplamiento (2) abre la válvula (10) de la pieza de conexión (1), que se caracteriza porque la pieza de conexión (1) presenta una constricción anular, en la que se engancha un perfilado anular de la pieza de acoplamiento (2), para conectar la pieza de conexión (1) con la pieza de acoplamiento (2) enclavándolas.
Description
Acoplamiento de cierre en miniatura.
La invención se refiere a un acoplamiento de
cierre para la conexión de aparatos de laboratorio y recipientes de
reacción con una conducción de abastecimiento para flujos
volumétricos líquidos o gaseosos, con una pieza de acoplamiento y
una pieza de conexión que se puede unir a ella, que presentan
respectivamente un asiento de válvula, un cuerpo de cierre de
válvula y un elemento de muelle de válvula, en los que el cuerpo de
cierre de válvula de la pieza de acoplamiento y el de la pieza de
conexión están realizados en forma de esferas, y con un dispositivo
de enclavamiento que se une a la pieza de conexión y a la pieza de
acoplamiento de forma desmontable, en el que en estado conectado un
perfilado existente en la pieza de conexión abre la válvula de la
pieza de acoplamiento y un perfilado existente en la pieza de
acoplamiento abre la válvula de la pieza de conexión.
El interés por los procesos y procedimientos
biológicos, bioquímicos o químicos para uso industrial se encuentra
en constante crecimiento. Los numerosos proyectos de investigación y
las aplicaciones industriales requieren un procesamiento y análisis
cada vez más rápido de un número creciente de muestras. Sobretodo en
los proyectos de investigación frecuentemente varían e incluso se
modifican de forma esencial los procedimientos de reacción y los
métodos de análisis. Además de la creciente necesidad de
procesamiento de muestras, aumentan los requerimientos referentes a
flexibilidad y variabilidad de realización del proceso.
Los recipientes de reacción cada vez más
miniaturizados, así los procedimientos de reacción y métodos de
análisis en paralelo permiten un elevado caudal de muestras y al
mismo tiempo un uso reducido del material de ensayo y los reactivos
necesarios. Al mismo tiempo es necesario menos espacio para la
realización de cada reacción y se reduce la cantidad de productos
de reacción que puede ser necesario eliminar, lo que conlleva la
reducción de los gastos y el trabajo invertido, sobretodo en
grandes instalaciones de investigación.
Entre una serie de ensayos y otra es necesario
ajustar los aparatos de laboratorio y los recipientes de muestras
previstos para el siguiente procedimiento de reacción, lo que
implica un cierto gasto de tiempo y trabajo. Muy a menudo, para las
etapas de reacción individuales es necesario añadir y extraer de
forma controlada reactivos o productos de reacción individuales. En
esos casos es necesario montar las correspondientes conducciones de
abastecimiento en los aparatos y recipientes de reactivos
miniaturizados.
Mediante una construcción modular de cada una de
las etapas del procedimiento es posible montar en poco tiempo todo
el proceso de reacción necesario para una investigación, con el
consiguiente análisis de los productos de reacción procedentes de
las distintas etapas independientes del proceso. Si debe eliminarse
o añadirse una determinada etapa de reacción, ya no es necesario
volver a organizar y montar de nuevo todo el procedimiento de
reacción. Los correspondientes aparatos de laboratorio y recipientes
de reacción modulares miniaturizados facilitan considerablemente
esta operación. Así, los microcomponentes modulares individuales
sólo deben estar conectados entre sí en la disposición correcta
para permitir la realización del proceso deseado.
Para suministrar a los microcomponentes
individuales los reactivos líquidos o gaseosos se debe garantizar
una unión hermética de los microcomponentes individuales con las
respectivas conducciones de abastecimiento. Debido a que las
cantidades de muestra requeridas son muy reducidas debido a la
miniaturización, no es necesario que un gran caudal volumétrico
pase a través de las conducciones de abastecimiento individuales,
pues se dispone de poco espacio para un cierre hermético y seguro
de la conducción de abastecimiento de los microcomponentes. En
consecuencia, la manipulación de los microcomponentes y los
dispositivos de unión que se ajustan a ellos resulta difícil y
compleja.
En la patente
DE-U-29911281 se describe un
acoplamiento de cierre compuesto de varias piezas individuales, del
tipo mencionado anteriormente. Una pieza de recepción y una pieza de
encaje del acoplamiento de cierre descrito allí se pueden conectar
entre sí por enganche, de manera que un manguito de ajuste en su
posición de cierre mantiene presionadas las esferas en una ranura
circular de la pieza de encaje. El manguito de ajuste presenta un
cierre de esferas cargado por resorte, en cuyo accionamiento un
cerrojo de seguridad libera el manguito de ajuste, de manera que
éste se puede desplazar contra la fuerza de retroceso de otro muelle
y liberar así las esferas de su posición de cierre.
En la configuración descrita anteriormente de la
conexión de enganche, además del manguito de sujeción son
necesarias tres esferas, dos elementos de muelle, así como al menos
un cerrojo de seguridad, para poder garantizar una conexión fiable
de la pieza de recepción con la pieza de encaje. Una configuración
de este tipo de una conexión de enganche provoca un gasto de
fabricación elevado y debido a la cantidad de piezas individuales
que interactúan conlleva, en caso de manipulación inadecuada o
incluso en usos mecánicos habituales, un elevado riesgo de posibles
fallos funcionales o defectos que pueden dejar inutilizable el
acoplamiento de cierre.
Debido al gran número de piezas individuales, el
acoplamiento de cierre descrito anteriormente tampoco es apropiado
para una miniaturización en continuo, como resulta oportuno y cada
vez más necesario para fines de investigación.
Por consiguiente, el objeto de la invención es
un acoplamiento de cierre para la conexión de aparatos de
laboratorio y recipientes de reacción del tipo mencionado
anteriormente, para conducir flujos volumétricos líquidos o
gaseosos, configurado de manera que se pueda construir una conexión
de microcomponentes fácil de manipular, segura y hermética con el
menor tamaño constructivo posible.
Según la presente invención, este objetivo se
alcanza gracias a que la pieza de conexión presenta una constricción
anular, en la que se acopla un perfilado anular de la pieza de
acoplamiento, para unir por encastre la pieza de conexión con la
pieza de acoplamiento.
Un acoplamiento de cierre en miniatura
configurado de este modo, para tamaños constructivos muy pequeños,
sólo requiere unas cuantas piezas. El acoplamiento de cierre en
miniatura resulta fácil de montar y también se puede ensamblar
herméticamente en lugares inaccesibles de los microcomponentes. Las
válvulas cerradas por ambos lados en estado libre se abren
automáticamente en el momento de la conexión, lo que permite
conducir flujos volumétricos de líquidos y gases. El dispositivo de
enclavamiento ofrece una retención segura incluso para las
solicitaciones mecánicas de conexión más exigentes. Gracias a la
construcción sencilla del acoplamiento de cierre en miniatura se
puede realizar casi cualquier miniaturización del acoplamiento de
cierre, el cual se cierra por ambos lados.
De preferencia se instala un anillo de seguridad
alrededor de la pieza de acoplamiento que se puede desplazar a lo
largo de la zona de la unión de enclavamiento, fijándola de forma no
desmontable. Un anillo de seguridad de este tipo se puede accionar
de forma sencilla y fiable, independientemente de la disposición y
la orientación del acoplamiento de cierre, y realiza una fijación
segura y no desmontable de la unión de enclavamiento.
Para mejorar aún más la seguridad y el
funcionamiento del anillo de seguridad se prevé que un enclavador
táctil establezca previamente la posición final del anillo de
seguridad.
El cuerpo de cierre de válvula de la pieza de
conexión y el cuerpo de cierre de válvula de la pieza de
acoplamiento se disponen de manera que se tocan entre sí cuando la
pieza de conexión y la pieza de acoplamiento están conectadas y se
desplazan desde la correspondiente posición de cierre. Los dos
cuerpos de cierre de válvula se disponen ligeramente hacia fuera.
Cuando la pieza de conexión se une a la pieza de acoplamiento, los
dos cuerpos de cierre de la válvula entran en contacto antes de que
la pieza de conexión y la pieza de acoplamiento se ensamblen
completamente. En los ensamblajes siguientes de la pieza de conexión
con la pieza de acoplamiento hasta el estado de unión definitivo,
los dos cuerpos de cierre de válvula se desplazan mutuamente contra
la presión que ejerce el muelle desde su posición de cierre y de
este modo abren el acoplamiento de cierre en miniatura.
Tan pronto como la pieza de conexión se separa
de la pieza de acoplamiento, los muelles de válvula presionan los
cuerpos de cierre de válvula respectivos hacia la correspondiente
posición de cierre, de manera que las válvulas a ambos lados del
acoplamiento de cierre en miniatura se cierran herméticamente. De
esta manera resulta imposible que se produzca una salida del medio
conducido cuando los cuerpos están conectados.
La pieza de conexión y la pieza de acoplamiento
pueden presentar en principio una forma cilíndrica hueca, dentro de
la cuál se disponen el asiento de la válvula, el cuerpo de cierre de
válvula y el muelle de válvula, de modo que el material líquido o
gaseoso fluye a través del espacio hueco cilíndrico de la pieza de
conexión y la pieza de acoplamiento. Mediante esta forma de
construcción es posible una configuración muy compacta del
acoplamiento de cierre en miniatura. El recorrido del muelle de
válvula, así como el desplazamiento del cuerpo de cierre de válvula
se encuentran dentro de la entalladura cilíndrica. Por eso, las
válvulas dispuestas en la pieza de conexión y en la pieza de
acoplamiento apenas necesitan espacio adicional. Al mismo tiempo,
la válvula correspondiente casi llena el espacio vacío de las
entalladuras de ambos lados, de manera que dentro del acoplamiento
de cierre en miniatura sólo se encuentra una pequeña cantidad del
medio líquido o gaseoso, el cuál presenta por tanto un volumen
muerto muy reducido.
Un aspecto ventajoso es que se prevé que la
pieza de conexión y la pieza de acoplamiento presenten
respectivamente un tope que limite el movimiento del cuerpo de
cierre de válvula. El desplazamiento máximo posible del cuerpo de
cierre de válvula se puede limitar de manera que no sólo se pueda
mover uno de los dos cuerpos de cierre de la válvula al ensamblar
la pieza de conexión y la pieza de acoplamiento.
Incluso si las fuerzas elásticas son tan
diferentes que primero sólo se desplaza un cuerpo de cierre de
válvula de los otros cuerpos de cierre de válvula que se encuentran
en principio inmóviles, este cuerpo de cierre de válvula alcanza
rápidamente el tope correspondiente, impidiendo otro desplazamiento
del cuerpo de cierre de válvula. El cuerpo de cierre de válvula que
ya se ha movido actúa ahora como tope fijo, que desplaza los
cuerpos de cierre de la válvula hasta ahora no desplazados al
continuar el acoplamiento de la pieza de conexión con la pieza de
acoplamiento. De esta manera se garantiza con medios sencillos la
apertura simultánea y casi uniforme de ambas válvulas.
De preferencia se prevé que un anillo de
seguridad rodee la pieza de acoplamiento a lo largo de la zona de
unión de enclavamiento y pueda desplazarse, fijando la unión de
enclavamiento de forma no desmontable. Por ejemplo, durante el
funcionamiento, reacciones individuales pueden conducir a un aumento
de la presión y con ello a una carga adicional de las conexiones.
Para garantizar también en este caso la integridad de la unión de
enclavamiento del acoplamiento de cierre en miniatura se puede
deslizar un anillo de seguridad a lo largo de la unión de
enclavamiento que produzca un contacto tan estrecho que ya no se
pueda soltar la unión de enclavamiento. Únicamente cuando se retira
el anillo de seguridad de la zona de la unión de enclavamiento, ésta
se puede volver a soltar y se puede separar la pieza de conexión de
la pieza de acoplamiento. Por razones de conveniencia, la posición
final del anillo de seguridad también se puede prefijar mediante un
enclavador táctil.
Según una configuración de la idea de la
invención se prevé que varios acoplamientos de cierre en miniatura
se puedan combinar en un sistema de acoplamiento múltiple. Así, por
ejemplo, se pueden combinar la carga y descarga de un determinado
reactivo en un acoplamiento múltiple individual, de manera que se
puede reducir el tiempo y trabajo necesarios para la conexión. Un
acoplamiento múltiple de este tipo garantiza la entrada y salida
simultánea del reactivo.
Otras configuraciones ventajosas de la idea de
la invención son parte integrante de otras reivindicaciones
subordinadas.
A continuación se explica más detalladamente un
ejemplo de realización que se representa en el dibujo. En éste se
muestra:
En la Figura 1 se representa una sección parcial
de un acoplamiento de cierre en miniatura,
En la Figura 2 se representa el acoplamiento de
cierre en miniatura que aparece en la Figura 1 en estado
cerrado,
En la Figura 3 ser representa una pieza de
conexión del acoplamiento de cierre en miniatura mostrado en las
Figuras 1 y 2 en vista desarrollada y
En la Figura 4 se representa una pieza de
acoplamiento del acoplamiento de cierre en miniatura mostrado en
las Figura 1 y 2 en vista desarrollada.
El acoplamiento de cierre en miniatura mostrado
en las figuras presenta una pieza de conexión 1 que se puede
conectar en una pieza de acoplamiento 2 que se ajusta a ella. La
pieza de conexión 1 y la pieza de acoplamiento 2 tienen simetría
radial y presentan respectivamente una entalladura concéntrica
continua, en principio cilíndrica. El diámetro externo de la pieza
de conexión 1 se ajusta al lado que da hacia la pieza de
acoplamiento 2 en una entalladura 3 cilíndrica de la pieza de
acoplamiento 2, de manera que la pieza de conexión 1 se puede
introducir en esta entalladura cilíndrica 3. Un saliente anular 4
dirigido hacia el interior de la pieza de acoplamiento 2 forma un
tope que limita la profundidad máxima de entrada de la pieza de
conexión 1 en la entalladura cilín-
drica 3.
drica 3.
El saliente anular 4 que sobresale hacia el
interior de la pieza de acoplamiento 2 forma al mismo tiempo el
asiento de válvula de la válvula 5 de la pieza de acoplamiento 2. En
la pieza de acoplamiento 2, el cuerpo de cierre de válvula para
cerrar la válvula 5 está construido como una esfera 6. La esfera 6
es presionada a la posición de cierre por un muelle de válvula 7
dispuesto en forma helicoidal. En lugar de un muelle de válvula 7
helicoidal también se puede utilizar un muelle espiral o resorte de
disco. El muelle de válvula 7 está construido preferiblemente de
plástico resistente a productos químicos o de metal.
El muelle de válvula helicoidal 7 se sostiene
sobre una placa atornillada 8 que presenta dos perforaciones 9
continuas en dirección axial. A través de estas perforaciones 9
continuas, con la válvula 5 abierta, puede circular el medio
líquido o gaseoso. La pieza de conexión 1 presenta una válvula 10
montada de forma idéntica.
La esfera 6 que forma el cuerpo de cierre de
válvula de la pieza de conexión 1 sobresale por encima del lado
frontal de la pieza de conexión 1. Igualmente, la esfera 6 que actúa
como cuerpo de cierre de válvula de la pieza de acoplamiento 2
sobresale hacia el interior de la entalladura cilíndrica 3. Ambas
esferas se tocan antes de que se alcance la posición final definida
por el saliente 4 anular que sobresale hacia el interior, al unir
la pieza de conexión 1 con la pieza de acoplamiento 2. Mediante el
siguiente acoplamiento de la pieza de conexión 1 con la pieza de
acoplamiento 2, las dos esferas 6 se presionan desde la posición de
cierre correspondiente contra las fuerzas elásticas en acción.
Cuando el acoplamiento de cierre en miniatura está cerrado (ver
Figura 2) las dos esferas 6 se desplazan desde sus respectivas
posiciones de cierre, de manera que se abre la válvula 5 de la
pieza de acoplamiento 2 y la válvula 10 de la pieza de co-
nexión 1.
nexión 1.
En estado conectado, un perfilado anular 11 de
la pieza de acoplamiento 2 se engancha a una constricción 12
también anular de la pieza de conexión 1 e impide de este modo una
liberación indeseada del acoplamiento de cierre en miniatura. En
estado cerrado, un anillo de seguridad 13 estrechado en la pieza de
acoplamiento 2 se puede desplazar a lo largo de la zona de la unión
de enclavamiento, impidiendo de este modo una liberación indeseada
de esta unión, incluso con cargas mecánicas mayores.
La pieza de acoplamiento 2 presenta una junta
tórica 14 que se introduce en la pieza de acoplamiento 2 alrededor
del borde de la entalladura cilíndrica 3. Tan pronto como la pieza
de conexión 1 se ha introducido a suficiente profundidad en la
entalladura cilíndrica 3 de la pieza de acoplamiento 2, la junta 14
impide la salida indeseada de los medios líquidos o gaseosos que
circulan. De este modo, la junta 14 se dispone de manera que la
hendidura de salida se cierra herméticamente antes incluso de que
una de las esferas 6 se desplace desde la respectiva posición de
cierre. Naturalmente, también es posible que en lugar de la junta 14
de construcción toroidal, introducida en la entalladura 3
cilíndrica, se use una junta introducida en el lado frontal de la
pieza de conexión 1.
En la vista desarrollada del acoplamiento de
cierre en miniatura (Figura 3 y 4) se observa la clavija de tope 15
que se encuentra atornillada en la placa 8. Por un lado sirve de
guía al muelle de válvula 7 y por el otro lado limita el recorrido
máximo posible de la esfera 6 que actúa de cuerpo de cierre de
válvula. La longitud de las clavijas de tope 15 que presentan las
válvulas 5 y 10 se mide de manera que, cuando están conectadas la
pieza de conexión 1 y la pieza de acoplamiento 2, ambas esferas 6
tengan que estar desplazadas de sus respectivas posiciones de
cierre. A causa del pequeño flujo volumétrico de la microtécnica, el
acoplamiento de cierre en miniatura puede realizarse como un
sistema de válvulas esféricas recíprocamente abiertas.
Las distintas piezas del acoplamiento de cierre
en miniatura se pueden fabricar de plástico o de metal. Para muchos
reactivos resulta ventajoso realizar todo el acoplamiento de cierre
en miniatura con plástico resistente a sustancias químicas, en
particular PEEK (poliariletercetona). Estos plásticos se
caracterizan además por tener propiedades mecánicas suficientes
para la mayoría de aplicaciones a lo largo de un amplio intervalo
de temperaturas.
El cuerpo de cierre de válvula también se puede
fabricar de cerámica, de acuerdo con las solicitaciones de
carga.
Claims (12)
1. Acoplamiento de cierre para la conexión de
aparatos de laboratorio y recipientes de reacción con una conducción
de abastecimiento para conducir flujos volumétricos líquidos o
gaseosos con una pieza de acoplamiento (2) y una pieza de conexión
(1) que se puede unir a ella, que presentan respectivamente un
asiento de válvula, un cuerpo de cierre de válvula y un elemento de
muelle de válvula, realizándose el cuerpo de cierre de válvula de
la pieza de acoplamiento (2) y el de la pieza de conexión (1) en
forma de esferas (6), y con un dispositivo de enclavamiento
desmontable que se une a la pieza de conexión (1) y a la pieza de
acoplamiento (2), en el que en estado conectado un perfilado
existente en la pieza de conexión (1) abre la válvula (5) de la
pieza de acoplamiento (2) y un perfilado existente en la pieza de
acoplamiento (2) abre la válvula (10) de la pieza de conexión (1),
que se caracteriza porque la pieza de conexión (1) presenta
una constricción anular, en la que se engancha un perfilado anular
de la pieza de acoplamiento (2), para conectar la pieza de conexión
(1) con la pieza de acoplamiento (2) enclavándolas.
2. Acoplamiento de cierre según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque un anillo de
seguridad (13) que rodea la pieza de acoplamiento (2) se puede
desplazar a lo largo de la zona de la unión de enclavamiento,
fijando la unión de enclavamiento de forma no desmontable.
3. Acoplamiento de cierre según la
reivindicación 2, que se caracteriza porque la posición final
del anillo de seguridad (13) viene prefijada por un enclavador
táctil.
4. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
cuerpo de cierre de válvula de la pieza de conexión (1) y el cuerpo
de cierre de válvula de la pieza de acoplamiento (2) se disponen de
manera que se tocan mutuamente cuando están cerradas las piezas de
conexión (1) y acoplamiento (2), y se desplazan de las posiciones
de cierre respectivas.
5. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la
pieza de conexión (1) y la pieza de acoplamiento (2) presentan una
forma hueca esencialmente cilíndrica, dentro de la cuál se dispone
el asiento de válvula, el cuerpo de cierre de válvula y el elemento
de muelle de válvula, en que el material líquido o gaseoso se
conduce a través del espacio hueco cilíndrico de la pieza de
conexión (1) y la pieza de acoplamiento (2).
6. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
elemento de muelle de válvula de la pieza de conexión (1) y/o el
elemento de muelle de válvula de la pieza de acoplamiento (2) se
construye en forma de muelle helicoidal (7).
7. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
elemento de muelle de válvula de la pieza de conexión (1) y/o el
elemento de muelle de válvula de la pieza de acoplamiento (2) se
construye como muelle espiral o resorte de disco.
8. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
elemento de muelle de válvula se fabrica de plástico químicamente
resistente o de metal.
9. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque tanto
la pieza de conexión (1) como la pieza de acoplamiento (2)
presentan un tope (15) que limita el desplazamiento del cuerpo de
cierre de válvula de cada una de ellas.
10. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque la
pieza de conexión (1) o la pieza de acoplamiento (2) presenta un
dispositivo hermético adicional.
11. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el
acoplamiento de cierre se fabrica de plástico resistente a
sustancias químicas o de metal.
12. Acoplamiento de cierre según una de las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque varios
acoplamientos de cierre se pueden combinar en un sistema de
acoplamiento múltiple.
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