具有减少的冲洗时间的旋转阀的制作方法

1.本发明涉及一种旋转阀。


背景技术：

2.旋转阀可用于实验室自动化系统，以用于分配液体(比如试剂、稀释液、样品等)。旋转阀通常包括具有定子通道的定子构件和包括转子通道的转子构件。根据不同的旋转位置，转子通道将不同的定子通道彼此互连。泵可以将液体从第一容器和/或通道输送到旋转阀中，并且旋转阀可以根据其转子位置将液体分配到其它容器和/或通道中。旋转阀也可以从多个源容器中的一个源容器抽取，并且可以将流体分配到公共出口中。
3.实验室自动化系统中的任何阀的一个重要特征是冲洗时间，即阀中的第一液体可以被另一种液体替代的时间。阀的快速冲洗时间可以增加分析仪器的总吞吐量。
4.实验室自动化系统中的任何阀的第二重要特征是冲洗体积，即用另一种液体替代阀中的第一液体所需的体积。第一液体必须被另一种液体完全冲洗掉，以防止可能影响下游过程/分析的交叉污染。小的冲洗体积可减少冲洗时间并且/或者可以节省宝贵的试剂。
5.us 7 308 908 b2示出了一种具有在定子构件中的定子通道的旋转阀，该定子通道与转子构件的旋转轴线横向对齐。


技术实现要素：

6.本发明的目的是具有减少的冲洗时间的旋转阀。
7.该目的通过独立权利要求的主题来实现。从从属权利要求和以下描述中，进一步的示例性实施例是明显的。
8.本发明涉及一种旋转阀，其包括：具有平面定子面的定子构件，该定子构件具有用于传导流体的多个定子通道；以及具有平面转子面的转子构件，所述平面转子面面向定子面并与定子面接触，该转子构件具有至少一个转子通道。转子构件能够相对于定子构件绕旋转轴线旋转，使得在传导位置，转子通道将定子通道中的两个定子通道互连，并且所述两个定子通道流体连通。定子面和转子面可以平行。旋转轴线可以正交于定子面和转子面对齐。
9.定子构件和转子构件可以被容纳在旋转阀的壳体中，其中定子构件可以与壳体静态连接，并且转子构件可以与壳体以可旋转方式连接。转子构件可以由步进马达旋转。泵(诸如自动致动注射器)可以连接到定子通道中的一个定子通道。旋转阀的壳体还可以包括用于将转子面压靠在定子面上的装置(诸如弹簧)。
10.定子构件和/或转子构件可以由陶瓷材料(例如氧化铝)、金属(例如不锈钢)或聚合物(例如peek(聚醚醚酮)或etfe(乙烯四氟乙烯))制成。定子通道可以由烧结之前或之后在材料中加工的孔制成，或者通过在压制或模制之前插入线来形成，这些线在形成之后被移除。转子通道可以通过在材料中加工出凹槽来制成。转子构件和/或定子构件也可以是3d打印的，例如通过激光烧结。
11.可能有多于一个的传导位置。定子构件可以具有带有中心开口的定子通道，该中心开口在任何传导位置通向转子通道。定子构件可以具有一个或多个偏心定子通道，所述一个或多个偏心定子通道具有与旋转轴线间隔开的开口。在特定的传导位置，偏心定子通道中的一个偏心定子通道可以与具有中心开口的定子通道连接。
12.根据本发明的实施例，定子通道中的至少一个定子通道具有横向通道部分，该横向通道部分通向定子面并且相对于定子面、转子面和/或旋转轴线横向延伸。横向可以意味着传输通道的中心线相对于定子面和/或转子面不是正交的。横向可以意味着投影到包括旋转轴线的平面上的横向通道的中心线不平行且不是正交的。横向通道部分可以具有圆柱形形式并且/或者可以具有圆形横截面。横向通道部分也可以具有椭圆形、蛋形或多边形横截面。横向通道部分和定子面的交界面可以是伸长的，例如为蛋形或椭圆形。
13.利用横向通道部分，穿过定子构件和转子构件的流体路径的总长度可以缩短。这可以减少冲洗时间。与正交定向相比，利用横向通道定向，可以提高冲洗性能。
14.具有横向通道部分的所述至少一个定子通道可以是偏心定子通道。在这种情况下，定子构件具有多于一个的偏心定子通道，偏心定子通道中的每一个偏心定子通道可以具有横向通道部分。横向通道部分中的至少一些横向通道部分可以通过围绕旋转轴线旋转而关于彼此对称。
15.也可以有一对或多对的定子通道，它们通过转子通道互连。一对定子通道中的两个定子通道都可以具有横向通道部分。也可以是一对定子通道中的一个定子通道具有横向通道部分，并且另一个定子通道与定子面正交对齐。成对的定子通道可以通过围绕旋转轴线旋转而关于彼此对称。
16.根据本发明的实施例，转子通道具有底部，该底部在转子通道的相交端处相对于转子面、定子面和/或旋转轴线倾斜，使得当转子构件处于传导位置时，转子通道伸长定子通道的内表面。就横向而言，倾斜可以意味着所述底部具有相对于转子面、定子面和/或旋转轴成角度的基本上平坦的底表面和/或基本上直的底部线。通过利用转子通道伸长定子通道，特别是横向通道部分，可以形成基本上连续的表面。
17.利用转子通道的倾斜的底部，可以减少转子通道和定子通道之间的过渡中的湍流和/或涡流。这也可以减少冲洗时间，因为可以实现更加层流的流体流动。此外，通过避免死点，可以实现减少的冲洗体积。
18.转子通道的倾斜的底部可以由这样的转子通道提供，该转子通道在相交端处随着离所述转子通道的最外位置的距离增加而变得更深。在一个范围内，深度的增加相对于距最外位置的距离可以是线性的。
19.根据本发明的实施例，转子通道是转子面中的凹槽。在转子通道的整个延伸内，转子通道可以总是朝向转子面敞开。
20.根据本发明的实施例，转子通道具有u形横截面。转子通道的底表面可以具有基本上圆形的横截面。
21.根据本发明的实施例，转子通道的底部线在相交端处相对于转子面、定子面和/或旋转轴线倾斜。底部线可以由沿着转子通道的延伸的u形横截面的最低点构成。
22.根据本发明的实施例，转子通道的底部在互连端处以与定子通道相同的角度相对于转子面、定子面和/或旋转轴线倾斜。以这种方式，定子通道的横向通道部分的圆柱形形
状可以被伸长，基本上与转子通道齐平。
23.根据本发明的实施例，转子通道的底部在第二互连端(其通向另一个定子通道(该另一定子通道可以是平行定子通道))处与旋转轴线正交对齐(并且/或者平行于转子面和/或定子面)。第一互连端可用于将转子通道与(例如偏心的)定子通道的横向通道部分互连。第二互连端可用于将转子通道与平行定子通道互连。转子通道可以在第一互连端处具有倾斜部分，该倾斜部分过渡到在第二互连端处的正交对齐部分。
24.根据本发明的实施例，转子通道相对于旋转轴线径向延伸。转子通道可以基本上是直的。转子通道的一端可以在转子构件的中心处，即在旋转轴线处。
25.根据本发明的实施例，转子通道相对于围绕旋转轴线的圆相切地延伸。也可以有多个转子通道，它们可以关于旋转轴线对称分布。
26.根据本发明的实施例，横向通道部分的中心线与旋转轴线相交。换句话说，旋转轴线和定子通道可以布置在一个平面中。
27.根据本发明的实施例，横向通道部分在定子面中具有开口，该开口在横向通道部分和定子面之间的角度为锐角的一侧处具有平行于旋转轴线延伸的侧壁。横向通道部分和定子面之间的定子构件的锐角部分可以被去除。这可以减少定子构件在该位置处损坏的危险。由从定子构件去除的材料产生的体积(即横向通道部分的圆柱形部分和平行侧壁之间的体积)可以较小，使得这几乎不影响冲洗时间。
28.根据本发明的实施例，定子构件包括平行定子通道，该平行定子通道平行于并且/或者沿着转子构件的旋转轴线延伸。平行定子通道可以是旋转阀的唯一输入和/或输出，流体从该旋转阀的所述唯一输入和/或输出分配到偏心定子通道并且/或者从偏心定子通道收集，然后，所述偏心定子通道用作输出和/或输入。两个部分都可以具有圆形横截面并且/或者可以相对于彼此居中。
29.也可以是，平行定子通道与旋转轴线间隔开地延伸。例如，围绕旋转轴线对称布置的成对的定子通道可以具有平行定子通道。
30.连接端口可以是旋转阀中的基本上圆柱形的开口，用于将管道或软管连接到旋转阀。可被设计用以接收螺纹配件的连接端口可由定子构件或旋转阀的布置在定子构件的与定子面相反的表面上的另一构件提供。
31.根据本发明的实施例，平行定子通道具有通向转子通道的第一部分和朝向旋转阀的连接端口敞开的第二部分。第二部分的直径小于第一部分。这可有助于在连接端口和平行定子通道之间形成层流流体流动，并且/或者还可减少冲洗时间。
32.根据本发明的实施例，定子构件包括围绕定子面的圆形凹槽。圆形凹槽可以具有倾斜表面，该倾斜表面相对于旋转轴线倾斜。所述一个或多个偏心定子通道的横向通道部分可以沿着该圆形凹槽延伸。特别地是，横向通道部分提供了如下可能性，即：使得可以在定子中形成这种凹槽。利用该凹槽，定子可以设计得更紧凑。圆形凹槽还可以提供空间，使得转子构件和定子构件之间的任何泄漏可以通过排放孔离开旋转阀，而不是迫使通过密封的轴承并且可能损坏轴承和/或阀。
33.根据本发明的实施例，倾斜表面以与横向通道部分相同的角度相对于旋转轴线倾斜。以这种方式，可以节省倾斜表面和横向通道部分之间的材料。
34.根据本发明的实施例，围绕转子构件的轴承突出到圆形凹槽中。轴承可用于支撑
转子的旋转。旋转阀的总长度可以减小。轴承可以是滑动轴承或滚珠轴承。
35.根据本发明的实施例，具有横向通道部分的定子通道具有平行通道部分，该平行通道部分朝向旋转阀的连接端口敞开。平行通道部分平行于旋转轴线延伸。横向通道部分和平行通道部分可以具有相同的直径并且/或者可以具有圆形横截面。通到定子通道的连接端口可以平行于旋转轴线对齐。以这种方式，支持定子通道和连接端口之间的层流流体流动。这也有助于减少冲洗时间。
36.本发明的这些和其它方面将从下文描述的实施例变得明显并参考下文描述的实施例被阐述。
附图说明
37.下面，参照附图更详细地描述本发明的实施例。
38.图1示出了根据本发明实施例的旋转阀的透视截面图。
39.图2示出了图1的旋转阀的一部分的透视截面图。
40.图3示意性地示出了图1的旋转阀的定子通道的透视图。
41.图4从不同方向示意性地示出了图3的定子通道的一部分的透视图。
42.图5示出了根据本发明实施例的旋转阀的转子构件的视图。
43.图6示出了根据本发明实施例的旋转阀的一部分的透视图。
44.图7示出了根据本发明实施例的旋转阀的一部分的透视图。
45.附图中使用的附图标记及其含义以概要形式列在附图标记列表中。原则上，在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
46.图1示出了旋转阀10，其具有在壳体16中的转子组件12和定子组件14。
47.转子组件12包括弹簧元件18、轴承20(例如滚珠轴承)、套筒22、转子构件24和滑动轴承26。位于壳体16的环形底壁28上的弹簧元件18通过轴承20和套筒22将转子构件24压靠在定子组件14上。密封环30使转子组件相对于壳体16紧密。
48.转子构件24以可旋转方式安装到轴承20，并且以可旋转方式安装在滑动轴承26内。转子构件24适于围绕旋转轴线a旋转。穿过环形底壁28，齿轮和/或电动马达的轴可以安装到套筒22和转子构件24的开口32中。
49.定子组件14包括固定到壳体16的定子构件36。螺栓38防止定子构件36旋转。定子组件14的端口构件40布置在定子构件36上，并且用螺钉环42固定到壳体中。端口构件40包括用于将管线或软管连接到旋转阀10的连接端口44。连接端口44基本上是平行于旋转轴线延伸的圆柱形开口。
50.定子构件36包括定子通道46、48(也参见图2)，该定子通道46、48进入连接端口44。转子构件24包括转子通道50，该转子通道50在特定的转子位置将平行定子通道46和偏心定子通道48中的一个偏心定子通道互连。在这样的转子位置，流体可以从中心端口44流动到其它端口44中的一个，或者反之亦然。在其它位置，流体流动可以被阻挡。
51.图2更详细地示出了转子构件24和定子构件36。图3和图4示出了定子通道48和转子通道50的内表面。
52.转子构件24具有平面盘形转子面52，在该平面盘形转子面52中，转子通道50设置为凹槽。定子构件36具有平面盘形定子面54，该平面盘形定子面54面向转子面52并与转子面52接触。弹簧元件18(参见图1)将转子面52压靠在定子面54上，从而产生流体紧密连接。
53.在图2中，转子构件24和定子构件36被示出处于传导位置，在该传导位置，流体可以流过旋转阀。平行定子通道46具有在定子面54中的圆形开口56，并且定位在转子通道50的中心延伸端58上。偏心定子通道48具有在定子面54中的不规则的伸长开口60，并且定位在转子通道的偏心延伸端62上。
54.转子通道50相对于旋转轴线a在径向方向上从延伸端58延伸到延伸端62。延伸端58具有半圆形边界。延伸端62具有椭圆形边界。在延伸端之间，转子通道50的边界是平行的。
55.沿着转子通道的延伸方向，该转子通道50相对于正交于径向方向和旋转轴线a的平面具有u形横截面。沿着包括旋转轴线a和转子通道50延伸所沿的径向方向的平面，转子通道50具有纵向截面，该纵向截面从延伸端62开始相对于旋转轴线a倾斜，之后在径向方向上延伸，并且在延伸端58处具有90
°
的转弯，成为平行于旋转轴线a的线。
56.在偏心延伸端62处，转子通道50的整个底部64相对于旋转轴线a和/或转子通道50的在延伸端62、58之间的底部64倾斜。特别地是，基本上直的底部线66以这种方式倾斜。
57.在延伸端58、62之间，底部64和/或底部线66正交于旋转轴线a延伸。在中心延伸端58处，底部和/或底部线变成平行于旋转轴线a的线。部分地是，转子通道50的底部64在互连端58处正交于旋转轴线a对齐。
58.平行定子通道46具有第一部分68和第二部分70，该第一部分68在开口56处通向转子通道50，该第二部分70在另一圆形开口72处通向旋转阀10的连接端口44。两个部分68、70都具有圆形横截面。第二部分70具有比第一部分68更小的直径。开口72从第二部分的直径延伸到第一部分68的直径。
59.偏心定子通道48中的每一个偏心定子通道都具有横向通道部分74，该横向通道部分74在相应的开口60处通向定子面54。横向通道部分74相对于旋转轴线a横向延伸。横向通道部分74具有基本上圆柱形的形状，具有与旋转轴线a相交的中心线74。转子通道50的底部64和/或底部线66在互连端62处以与横向通道部分74和/或该横向通道部分的中心线相同的角度相对于旋转轴线a倾斜。
60.转子通道50及其底部64在相交端62处形成为使得转子通道50伸长了横向通道部分74的内表面。
61.横向通道部分74的开口60在以下一侧处具有平行于旋转轴线a延伸的侧壁76，在该侧上，横向通道部分74和定子面54之间的角度是锐角。开口60可以是蛋形的，即可以具有部分椭圆形且部分圆形的边界。
62.偏心定子通道48中的每一个偏心定子通道都具有平行通道部分78，该平行通道部分78通过开口80朝向连接端口44中的一个连接端口敞开。通道部分78以及开口80具有圆形横截面，并且具有与横向通道部分74相同的直径。横向通道部分74和平行通道部分78之间的角度是钝角。平行通道部分78平行于旋转轴线a延伸。
63.定子构件36包括围绕定子面54的圆形凹槽82。圆形凹槽82具有倾斜表面84，该倾斜表面84以与偏心定子通道48的横向通道部分74相同的角度相对于旋转轴线a倾斜。围绕
转子构件24的轴承26突出到圆形凹槽82中。与倾斜表面84相反，圆形凹槽82具有圆柱形表面86。以这种方式，产生了边沿88，该边沿88机械地稳定了定子构件36。
64.图5示出了转子构件24可以包括多于一个的转子通道50。在图5中，多个转子通道50关于旋转轴线a旋转对称地布置。这些转子通道50中的每一个转子通道可以互连两个定子通道46、48，如下图所示。
65.在图6中，定子构件36包括两个偏心定子通道48，该两个偏心定子通道48能够通过如图5所示的转子通道50互连。偏心定子通道48可以如图2-4所示那样形成。转子通道50可具有相交端62，诸如图2-4所示那样。
66.在图7中，定子构件36包括偏心定子通道48和平行定子通道46，所述偏心定子通道48和平行定子通道46能够通过如图5所示的转子通道50互连。偏心定子通道48可以如图2-4所示那样形成。偏心定子通道48也可以诸如图2-4所示那样形成，但是，偏心定子通道48可以与旋转轴线a间隔开。转子通道50可以具有一个偏心相交端62，诸如图2-4所示那样。转子通道50的另一端可以像如图2-4所示的中心相交端58那样形成，但是也可与旋转轴线a间隔开。
67.虽然在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述将被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员和实践所要求保护的发明的人员可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多个。单个处理器或控制器或其它单元可以实现权利要求书中列举的几个条目的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的简单事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
68.附图标记列表
69.10 旋转阀
70.12 转子组件
71.14 定子组件
72.16 壳体
73.18 弹簧元件
74.20 轴承
75.22 套筒
76.24 转子构件
77.26 滑动轴承
78.28 环形底壁
79.30 密封环
80.a 旋转轴线
81.32 开口
82.36 定子构件
83.38 螺栓
84.40 端口构件
85.42 螺钉环
86.44 连接端口
87.46 平行定子通道
88.48 偏心定子通道
89.50 转子通道
90.56 开口
91.58 中心延伸端
92.60 开口
93.62 偏心延伸端
94.64 底部
95.66 底部线
96.68 第一部分
97.70 第二部分
98.72 开口
99.74 横向通道部分
100.76 侧壁
101.78 平行通道部分
102.80 开口
103.82 圆形凹槽
104.84 倾斜表面
105.86 圆柱形表面
106.88 边沿