DE4225211A1 - Fluidventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluidventil mit einer einen Ventilsitz aufweisenden Ventilöffnung, einem beweglichen Ventilverschluß und einer Ventilverschluß-Betätigungs­ einrichtung.

Bei herkömmlichen Fluidventilen ist der Ventilverschluß, beispielsweise der Ventilkegel, in Lagern oder Buchsen geführt, und in diesen Lagern oder Buchsen zur Öffnung und Schließung des Ventils beweglich. Dadurch treten zwi­ schen dem Ventilverschluß oder seiner mechanischen Ver­ bindung mit der Verschluß-Betätigungseinrichtung Reibun­ gen auf, die bewirken, daß beim Betätigen des Ventilver­ schlusses Partikel in das Fluid gelangen, die von dem La­ ger oder Buchsenmaterial, den beweglichen Teilen der Ven­ tilbetätigungseinrichtung abgerieben werden, oder von Verunreinigungen stammen, die sich in den Buchsen oder auf den Verschluß-Betätigungseinrichtungen befinden. Die herkömmlichen Fluidventile stellen daher Verkeimungs­ und/oder Partikelquellen dar, die das Fluidventil verun­ reinigen, was für zahlreiche Anwendungsbereiche, wie in der Medizin, Technik oder in der Hochtechnologie, bei­ spielsweise für die Fertigung von Halbleiterchips nicht hingenommen werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fluidventil zu schaffen, bei dem im Fluidbereich im we­ sentlichen keine Reibungen oder mechanischen Bewegungen auftreten, so daß das Fluid nicht verunreinigt wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß eine Fluidkammer wenigstens einen elastischen Randbereich aufweist, der mit dem Ventilverschluß verbun­ den ist. Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale ist die Fluidkammer des Fluidventils nach außen hermetisch abge­ schlossen und es treten keine mechanischen Bewegungen oder Reibungen im Fluidbereich auf, so daß auch keine Partikel oder ionische Verunreinigungen ins Fluid gelan­ gen können. Das erfindungsgemäße Fluidventil ist daher für die Anwendung beispielsweise im medizinischen oder hochtechnologischen Bereich bei der Herstellung von Halb­ leiterchips unter hochreinen Bedingungen gut geeignet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilverschluß durch den auf den ela­ stischen Wandbereich ausgeübten Fluiddruck in der Fluid­ kammer am Ventilsitz der Ventilöffnung anlegbar. Dadurch ergibt sich ein selbstdichtendes Fluidventil mit hermeti­ schem Abschluß nach außen und ohne die Notwendigkeit ei­ ner mechanischen Bewegung und damit von partikelerzeu­ genden Reibungskräften innerhalb des Fluidraumes.

Im Falle, daß der Fluiddruck in der Fluidkammer auf einen Wert absinkt, der zum Anlegen des Ventilverschlusses an den Ventilsitz nicht mehr ausreicht, ist gemäß einer wei­ teren Ausführungsform ein elastisches Element vor­ zugsweise außerhalb der Fluidkammer vorgesehen, das den elastischen Wandbereich mit einer Federkraft beauf­ schlagt, die bewirkt, daß der Ventilverschluß am Ventil­ sitz angedrückt wird.

Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei der der elastische Wandbereich der Fluidkammer selbst das elastische Element ist. Das heißt, die Federwirkung des elastischen Wandbereichs der Fluidkammer ist auch bei geringem oder gar keinem Fluiddruck in der Fluidkammer groß genug, den Ventilverschluß an den Ventilsitz der Ventilöffnung dichtend anzulegen. Das Ventil wird also gemäß dieser Ausführungsform im niederen Fluid-Druckbe­ reich durch die Spannung des elastischen Wandbereichs der Fluidkammer und im höheren Druckbereich durch den Anstau­ druck des Fluids in der Fluidkammer über den elastischen Wandbereich geschlossen, der den Ventilverschluß an den Ventilsitz der Ventilöffnung zieht.

Vorzugsweise ist der elastische Wandbereich der Fluidkam­ mer eine Membran.

Die Fluidkammer weist vorzugsweise einen im wesentlichen unelastischen, dem elastischen Wandbereich gegenüberlie­ genden Wandbereich mit der Ventilöffnung und dem Ventil­ sitz auf. Das erfindungsgemäße Fluidventil ist dabei vor­ zugsweise so ausgebildet, daß der Ventilverschluß durch den auf den elastischen Wandbereich wirkenden Fluiddruck in der Fluidkammer in diese und auf den Ventilsitz gezo­ gen wird. Dadurch ergibt sich ein zuverlässiger Andruck des Ventilverschlusses an den Ventilsitz mit selbst­ dichtender Wirkung.

Die Ventilöffnung ist vorzugsweise kreisförmig und der Ventilverschluß ist konusförmig, wobei der kleinere Durchmesser des konusförmigen Ventilverschlusses kleiner und der größere Durchmesser des konusförmigen Ventilver­ schlusses größer als der Durchmesser der kreisförmigen Ventilöffnung ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist außerhalb der Fluidkammer ein Ventilver­ schluß-Betätigungselement vorgesehen, mit dem auf den elastischen Fluidkammer-Wandbereich zur Öffnung des Fluidventils ein Druck ausgeübt wird, der dem in der Fluidkammer herrschenden Druck entgegengesetzt ist. Das Öffnen und Regulieren des Fluidventils erfolgt also ohne Eingriff in den Fluidbereich und ohne die Bewegung von Teilen innerhalb des Fluidbereichs nur von außen durch Bewegung des elastischen Wandbereichs bzw. der Membran der Fluidkammer. Ein Kontaminieren des hochreinen Fluids, beispielsweise von deionisiertem Wasser oder anderen Fluids, wird daher sicher vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Fluidventils besteht darin, daß die Fluidkammer eine Zylinderform mit einem elastischen Wandbereich als einer Zylinderabschlußwand und einem im wesentlichen un­ elastischen, die Ventilöffnung aufweisenden Wandbereich als andere Zylinderabschlußwand aufweist. Diese Form der Fluidkammer ist besonders einfach zu fertigen, insbeson­ dere bei einer Ausführungsform, bei der die Zylinderkam­ mer, die Ventilöffnung und der Ventilverschluß achssymme­ trisch ausgebildet sind.

Die Fluidkammerwände, etwa der elastische Wandbereich, der Zylinderwandbereich und/oder der im wesentlichen nicht elastische Wandbereich mit der Ventilöffnung können aus unterschiedlichen Materialien bestehen und entspre­ chend zusammengesetzt werden. Gemäß einer weiteren vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Fluidkam­ mer jedoch einstückig ausgebildet. Der elastische Wandbe­ reich weist dabei zur Herbeiführung der Elastizität eine kleinere Wanddicke und/oder eine andere Wandform, bei­ spielsweise eine gewellte Wandform, auf, während der im wesentlichen nicht elastische Wandbereich zur Herbeifüh­ rung der erforderlichen Steifigkeit beispielsweise dicker ausgeführt ist.

Das Material für die Fluidkammer wird entsprechend den mechanischen Erfordernissen, d. h. den elastischen Erfordernissen des elastischen Wandbereichs, aber auch entsprechend den Fluids gewählt, für die das Fluidventil vorgesehen ist. Vorzugsweise wird als Material Edelstahl verwendet, es ist jedoch auch möglich, Gummimaterialien usw. einzusetzen. Wird das erfindungsgemäße Fluidventil für deionisiertes Wasser verwendet, so wird ein hochrei­ nes Material für die Fluidkammer verwendet, so daß auch eine ionische Verunreinigung des Fluids ausgeschlossen ist.

Vorzugsweise weist die Fluidkammer neben der erforderli­ chen Fluid-Zuflußöffnung, die vorzugsweise im Zylinder­ wandbereich der Fluidkammer vorgesehen ist, eine Fluid- Rückflußöffnung auf, die ebenfalls vorzugsweise im Zylin­ derwandbereich der Fluidkammer vorgesehen ist. Die Fluid- Rückflußöffnung besitzt als mögliche Ausführungsform eine den Durchmesser der Fluid-Rückflußöffnung verändernde Drossel- oder Regulierungseinrichtung etwa in Form einer Schraube, um das durch die Fluid-Rückflußöffnung strö­ mende Fluid je nach den Druck- und Rückflußvolumenver­ hältnissen regulieren zu können.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Fluidventil bei einer Spritz- oder Sprühpistole, die einen Handhebel zur Betätigung des Ventilverschluß-Betätigungselements aufweist, anwendbar. Vorzugsweise sind die Fluid-Zuflußleitung und/oder die Fluid-Rückflußleitung im Handgriff der Spritz- oder Sprühpistole integriert. Die Spritz- oder Sprühpistole weist gemäß einer weiteren Ausführungsform verschiedene Aufsätze zum Spritzen oder Sprühen des Fluids auf.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fluid­ ventils als Spritzpistole in einer schematischen Querschnittsdarstellung, und

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Spritzpistole in einem Querschnitt entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie I-I.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Fluidventil 1 weist eine zylindrisches Fluidkammer 2 eine Zylinderwand 3, einen-elastischen Wandbereich 4 als eine Zylinderab­ schlußwand der zylindrischen Fluidkammer 2 und einen im wesentlichen unelastischen Wandbereich 5 als andere Zy­ linderabschlußwand der zylindrischen Fluidkammer 2 auf.

Der im wesentlichen nicht elastische Wandbereich 5 be­ sitzt eine Ventilöffnung 6, in der sich ein Ventilver­ schluß 7 in den durch einen Doppelpfeil angedeuteten Richtungen bewegen kann. In Fig. 1 ist der Ventil­ verschluß 7 mit ausgezogener Linie in dichtender Anlage am Ventilsitz 8 der Ventilöffnung 6, und gestrichelt in einer Stellung dargestellt, in der das Fluidventil geöff­ net ist. Durch entsprechende Pfeile ist der Austritt des Fluids durch die Ventilöffnung 6 aus der Fluidkammer 2 angedeutet.

Der Ventilverschluß 7 ist über eine Verbindung 10 am ela­ stischen Wandbereich 4 befestigt. Der Ventilverschluß 7 und/oder die Verbindung 10 können mit dem elastischen Wandbereich 4 vorzugsweise einstückig ausgebildet sein und bestehen, wie die Fluidkammerwände auch, aus einem Material, welches entsprechend dem Fluid, für das das Fluidventil vorgesehen ist, hinsichtlich der Reinhaltung des Fluids besonders geeignet ist.

Über eine Fluidzuführöffnung 11 strömt das Fluid in die Fluidkammer 2 ein. Am Außenumfang der Zylinderwand 3 ist eine Fluid-Zufuhrleitung 12 mit einer in die Zylinderwand 3 einschraubbaren Buchse befestigt.

Außerhalb der Zylinderwand 3 befindet sich symmetrisch zu einer Zylinderachse 14 ein Ventilverschluß-Betätigungs­ element 15 in Form eines Druckstiftes, der an einer Druckstange 16 befestigt ist und bei Druckausübung auf die Druckstange 16 von außen auf den elastischen Wandbe­ reich 4 drückt. Da dieser Wandbereich 4 elastisch und über die Verbindung 10 mit dem Ventilverschluß 7 verbun­ den ist, wird auch auf den Ventilverschluß 7 ein Druck ausgeübt,- so daß er vom Ventilsitz 8 der Ventilöffnung 6 des nicht elastischen Wandbereichs 5 freikommt, und das in der Fluidkammer 2 befindliche Fluid ausströmen kann. Wird dagegen auf die Druckstange 16 und damit auf das Be­ tätigungselement 15 kein Druck ausgeübt, bewirkt der in der Fluidkammer 2 herrschende Fluiddruck, daß der elasti­ sche Wandbereich 4 nach außen gedrückt und damit der Ven­ tilverschluß 7 in die Fluidkammer 2 gezogen wird. Dadurch legt sich der Ventilverschluß 7, der bei der vorliegenden Ausführungsform ein Ventilkegel ist, mit seinem Außenum­ fang an den Ventilsitz 8 der Ventilöffnung 6 des im we­ sentlichen nicht elastischen Wandbereichs 5 an und ver­ schließt die Ventilöffnung 6. Die erfindungsgemäße Aus­ führungsform eines Fluidventils ist daher selbstdichtend.

Der elastische Wandbereich 4 ist vorzugsweise hinsicht­ lich der Materialwahl oder der Formung so ausgeführt, daß er auch dann einen in die Fluidkammer 2 gerichtenden Zug auf den Ventilverschluß 7 ausübt und damit ein Schließen des Ventils bewirkt, wenn der Fluiddruck in der Fluidkam­ mer 2 klein oder nicht vorhanden ist. Der elastische Wandbereich 4 weist für diesen Fall also eine Vorspannung auf, durch die auch ohne Fluiddruck in der Fluidkammer 2 das Schließen des Ventils sichergestellt ist.

Es ist jedoch auch möglich, außerhalb der Fluidkammer 2 ein (nicht dargestelltes) elastisches Element, beispiels­ weise eine Feder, vorzusehen, die von außen am elasti­ schen Wandbereich 4 angreift und ihn dann nach außen zieht, wenn der Fluiddruck in der Fluidkammer 2 zum Schließen des Ventils nicht ausreichen sollte.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Fluidkammer 2 eine Fluid-Rückflußöffnung 17 auf, durch die das Fluid aus der Fluidkammer strömen kann. Eine solche Fluid-Rück­ flußöffnung 17 ist dann vorteilhaft, wenn das Fluid kon­ tinuierlich und ununterbrochen umgewälzt werden soll, um beispielsweise bei der Verwendung im medizinischen Be­ reich oder bei der Herstellung von Produkten unter hoch­ reinen Bedingungen Bakterienbildung zu vermeiden. Zur Re­ gulierung des Rückflußvolumens ist eine Regulier- oder Drosseleinrichtung 18 vorgesehen, die bei der dargestell­ ten Ausführungsform in einer Schraube besteht, die in den Rückflußkanal ein- oder ausschraubbar ist.

An der Fluid-Rückflußöffnung 17 der Fluidkammer 2 ist eine Fluid-Rückflußleitung 19 mit einer weiteren in den Außenbereich der Fluidkammer 2 einschraubbaren Buchse 20 befestigt.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das erfindungs­ gemäße Fluidventil Teil einer Spritz- oder Sprühpistole, bei der das Fluidventil an einem Handgriff 21 vorgesehen ist, in dem die Druckstange 16 für die Betätigung des Betätigungselements 15 sowie die Fluid-Zuführleitung 12 und die Fluid-Rückführleitung 19 angeordnet sind.

Außerhalb der Fluidkammer 2 im Bereich der Fluidöffnung 6 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein Verteiler 22 vorgesehen, der auswechselbar ist und je nach den ge­ gebenen Anwendungsfällen zum Sprühen oder Spritzen unter­ schiedliche Öffnungen aufweist und unterschiedlich ausge­ bildet ist.

Claims (15)

1. Fluidventil (1) mit einer einen Ventilsitz (8) auf­ weisenden Ventilöffnung (8), einem beweglichen Ven­ tilverschluß (7) und einer Ventilverschluß-Betäti­ gungseinrichtung (15, 16) , dadurch gekennzeichnet, daß eine Fluidkammer (2) wenigstens einen elastischen Wandbe­ reich (4) aufweist, der mit dem Ventilverschluß (7) verbunden ist.

2. Fluidventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverschluß (7) durch den auf den elasti­ schen Wandbereich (4) ausgeübten Fluiddruck in der Fluidkammer (2) am Ventilsitz (8) der Ventilöffnung (6) anlegbar ist.

3. Fluidventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein elastisches Element den Ventilver­ schluß (7) an den Ventilsitz (8) der Ventilöffnung (6) andrückt.

4. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element der elastische Wandbereich (4) der Fluidkammer (2) ist.

5. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Wandbe­ reich (4) eine Membran ist.

6. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (2) einen im wesentlichen unelastischen, dem elastischen Wand­ bereich (4) gegenüberliegenden Wandbereich (5) mit der Ventilöffnung (6) und dem Ventilsitz (8) auf­ weist.

7. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverschluß (7) durch den auf den elastischen Wandbereich (4) wirken­ den Fluiddruck in der Fluidkammer (2) in diese und gegen den Ventilsitz (8) der Ventilöffnung (6) gezo­ gen wird.

8. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnung (6) kreisförmig und der Ventilverschluß (7) konusförmig ist, wobei der kleinere Durchmesser des konusförmigen Ventilverschlusses (7) kleiner und der größere Durch­ messer des Ventilverschlusses (7) größer als der Durchmesser der kreisförmigen Ventilöffnung (6) ist.

9. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Fluidkammer (2) ein Ventilverschluß-Betätigungselement (15) vor­ gesehen ist, mit dem auf den elastischen Wandbereich (4) der Fluidkammer (2) zur Öffnung des Ventilver­ schlusses (7) ein Druck ausübbar ist, der dem in der Fluidkammer (2) herrschenden Druck entgegengesetzt ist.

10. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (2) eine Zylinderform mit einem elastischen Wandbereich (4) als einer Zylinderabschlußwand und einem im wesentli­ chen nicht elastischen, die Ventilöffnung (6) aufwei­ senden Wandbereich (5) als anderer Zylinderabschluß­ wand aufweist.

11. Fluidventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fluidkammer (2), die Ventilöff­ nung (6) und der Ventilverschluß (7) achssymmetrisch ausgebildet sind.

12. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (2) ein­ stückig ausgebildet ist.

13. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (2) eine Fluid-Rückflußöffnung (17) aufweist.

14. Fluidventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluid-Rückflußöffnung (17) eine Rückfluß- Regulierungseinrichtrung (18) aufweist.

15. Fluidventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß das Fluidventil (1) Teil einer Spritzpistole ist, die einen Handhebel (16) zur Betätigung des Ventil­ verschluß-Betätigungselements (15) aufweist.