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Die
Erfindung betrifft ein Dichtelement, insbesondere zum Einsatz als
Rückschlagventil bzw. saug- und druckseitiges Ventil einer
Förder- oder Dosierpumpe.
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DE 103 44 303 A1 zeigt
eine Ventilanordnung mit kreisscheibenförmigem Schließkörper
und zugeordnetem, ringförmigem Ventilsitz. Sowohl Schließkörper
als auch Ventilsitz sind symmetrisch zu einer radialen Mittelebene
geformt, so dass jede Stirnseite des Schließkörpers
mit jedem Stirnende des Ventilsitzes zusammenwirken kann. Bei Verschleiß braucht
der jeweilige Schließkörper nur gewendet zu werden,
um damit die Lebensdauer der Ventilanordnung zu erhöhen.
Die Ventilanordnung beziehungsweise eine Verdrängerpumpe,
bei der diese Ventilanordnung zum Einsatz kommt, beansprucht einen
radialen breiten Bauraum, wobei auch durch Verwendung eines identischen
Schließkörpers für Saug- und Druckseite
immer noch ein hoher Verschleiß für den Kontakt
zwischen Schließkörper und Ventilsitz gegeben
ist.
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DE 10 2006 044 253
B3 zeigt eine Dosierpumpe, deren Saug- und Druckventile
unmittelbar an den Förderraum angrenzen, so dass ein Volumen
eines Ansaugkanals beziehungsweise eines Ausstoßkanals
zwischen den zugehörigen Ventilen minimal ist. Die Ventile
mit ihrem Ventilsitz und ihrem Schließkörper sind
nahezu direkt am Förderraum der Pumpe angeordnet, um ein
möglichst minimales Totraumvolumen zu gewährleisten.
Für den Saug- und Druckbereich sind jedoch unterschiedliche
Ventilarten vorgesehen. Der Saugbereich weist eine Ventilnadel mit
einer im Dichtbereich vorgesehenen, kegelförmigen Erweiterung
auf, deren Öffnungsrichtung in Richtung des Förderraums
der Pumpe gerichtet ist. Im Druckbereich ist die Öffnungsrichtung
des Ventils entgegengerichtet, nämlich in einer Richtung
weg vom Förderraum. Zur Minimierung der Abmessungen des Ausstoßkanals
wird dies durch eine Kugel als Dichtkörper realisiert.
Insbesondere bei hohen Druckverhältnissen an den Berührungsstellen
zwischen Schließkörper und zugehörigem
Ventilsitz treten Probleme auf, weshalb unterschiedliche Ventilbauarten zum
Einsatz kommen, nämlich ein Stößel mit
einem Dichtkopf für den Saugbereich und ein Kugelventil
für den Druckbereich. Dies erhöht die Herstellungskosten.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Dichtelement zum Öffnen
und/oder Schließen eines Ventils zu schaffen, das geringen
Verschleiß bei guter Dichtwirkung aufweist. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Dosierpumpe, deren
Dichtelement geringen Verschleiß bei guter Dichtwirkung
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Dichtelement mit den Merkmalen von Anspruch
1 bzw. durch eine Dosierpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 16 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement eignet sich zum Öffnen
bzw. zum Schließen eines Ventils mit einer Bohrung mit
einem daran angrenzenden Ventilsitz, und umfasst vorteilhaft zumindest
einen ersten Anschlagbereich, der in der Schließstellung des
Ventils auf dem Ventilsitz aufsitzt, und zumindest einen zweiten
Anschlagbereich, der in der Schließstellung des Ventils
mit dem Ventilsitz in Anlage gebracht werden kann. Beim Schließen
des Ventils kann der erste Anschlagbereich vor dem zweiten Anschlagbereich
in Kontakt mit dem Ventilsitz gelangen.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement zeichnet sich dadurch
aus, dass es zwei separate Anschlagbereiche umfasst, die vorzugsweise
im Wesentlichen plan mit dem Ventilsitz eines Ventils abschließen
können. Bei einem geringen Schließdruck des Ventils
kommt lediglich der erste Anschlagbereich in Kontakt mit dem Ventilsitz
und bewirkt dabei eine ausreichende Dichtfunktion. Erst bei einem
größeren Druck gelangt auch der zweite Anschlagbereich
in Kontakt mit dem Ventilsitz, wodurch der Schließhub des
Dichtelements in Bezug auf den Ventilsitz begrenzt wird. Hierdurch
wird eine Überbeanspruchung des ersten Anschlagbereichs
und somit ein unnötiger Verschleiß verhindert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der zweite Anschlagbereich
bezüglich der Längsachse des Dichtelements radial
angrenzend zum ersten Anschlagbereich vorgesehen sein. Hierdurch
wird eine besonders kompakte und platzsparende Ausgestaltung des
Dichtelements gewährleistet.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der erste Anschlagbereich
bezüglich der Längsachse des Dichtkörpers
axial über den zweiten Anschlagbereich hinausragen. Dies
gewährleistet, dass der erste Anschlagbereich beim Schließen
des Ventils vor dem zweiten Anschlagbereich in Kontakt mit dem Ventilsitz
gelangen kann. Gleichzeitig bedeutet dies, dass bei einem nur geringen
Schließ- oder Systemdruck ausschließlich der erste
Anschlagbereich in Kontakt mit dem Ventilsitz gelangt. Zweckmäßigerweise
kann hierbei der erste Anschlagbereich eine im Vergleich zum zweiten
Anschlagbereich größere Elastizität aufweisen,
was beispielsweise durch Herstellung des ersten Anschlagbereichs
aus einem elastomeren Werkstoff realisierbar ist. Dies bedeutet, dass
eine ausreichende Dichtfunktion des Dichtelements auch dann sichergestellt
ist, wenn ausschließlich der elastische erste Anschlagbereich
in Kontakt mit dem Ventilsitz ist.
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In
vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung kann der erste Anschlagbereich
bezüglich der Längsachse des Dichtelements radial
außen am zweiten Anschlagbereich vorgesehen sein und diesen
im Wesentlichen vollständig umschließen. Auch hierdurch
ist eine platzsparende und kompakte Bauweise des Dichtelements sichergestellt.
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In
vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung kann der Schließhub
des Dichtelements durch eine Kontaktanlage des zweiten Anschlagbereichs mit
dem Ventilsitz begrenzt sein. Dies hat den Vorteil, dass bei größeren
Schließdrücken, die auf das Dichtelement einwirken,
eine übermäßige Verformung des ersten
Anschlagbereichs und somit ein übermäßiger Verschleiß verhindert
werden. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass der zweite
Anschlagbereich als auch der Ventilsitz aus einem Material mit hohem
E-Modul hergestellt sein können, vorzugsweise aus Metall
oder hartem Kunststoff. Durch die Verwendung eines solchen ”harten” Materials
ist gewährleistet, dass bei einer Kontaktanlage des zweiten
Anschlagbereichs mit dem Ventilsitz keine weitere axiale Verschiebung
des Dichtelements in Bezug auf die Bohrung des Ventils eintritt.
In gleicher Weise kann auch der Hauptkörper des Dichtelements aus
einem solchen Material mit hohem E-Modul hergestellt sein. Der zweite
Anschlagbereich definiert damit einen mechanischen Anschlag, der
den Schließhub begrenzt und eine Überbeanspruchung des
elastomeren Dichtgliedes, das den ersten Anschlagbereich definiert,
vermeidet.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine radiale Außenumfangsfläche
des ersten Anschlagbereichs zumindest eine radiale Erhebung aufweisen,
um das Dichtelement innerhalb der Bohrung des Ventils zu zentrieren.
Zweckmäßigerweise sind hierzu an der radialen
Außenumfangsfläche des ersten Anschlagbereichs
eine Mehrzahl von Erhebungen vorgesehen, die sich jeweils einander
gegenüberliegen. Zwischen diesen Erhebungen und einer Innenumfangsfläche
der Bohrung ist dabei ein ausreichender Abstand gegeben, um in der
Offenstellung des Ventils ein Durch strömen eines Fluids
zu gewährleisten.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der erste Anschlagbereich
als axialer Ringvorsprung ausgebildet sein, der in seinem Verlauf
an einer Kontur des Ventilsitzes angepasst ist. Hierdurch resultiert
eine stets ausreichende Dichtwirkung, sobald der erste Anschlagbereich
in Kontakt mit dem Ventilsitz gelangt. Zweckmäßigerweise
ist der Ringvorsprung im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und
somit an den Ventilsitz-Verlauf angepasst.
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Vorzugsweise
ist ein Mantelement mit zwei Stirnflächen aus Elastomermaterial
durch Anspritzen an den Kopfabschnitt angebacht. Der Kopfabschnitt ist
hierbei vorzugsweise in einem radialen Umfangsbereich von dem Elastomermaterial
umspritzt, so dass sich ein ringförmig geschlossenes Mantelement aus Elastomermaterial
ergibt, das die beiden Stirnflächen aufweist, die jeweils
einen ersten Anschlagbereich ausbilden. Durch das Umspritzen wird
eine kostengünstige, schnelle, stabile und bleibende Verbindung
zwischen Mantelement und Kopfabschnitt geschaffen. Es ist möglich,
statt eines Mantelelements jeweils einen separaten Puffer aus Elastomermaterial an
den Kopfabschnitt anzuspritzen, der beispielsweise in einer axialen
Ringnut aufgenommen ist, und jeweils einen ersten Anschlagbereich
bildet, ohne dass eine stoffliche Verbindung der beiden ersten Anschlagbereiche
besteht.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Dichtelement
in Form einer Ventilnadel ausgebildet sein, die einen Kopfabschnitt
aufweist. An den axialen Stirnseiten des Kopfabschnitts sind beiderseits
jeweils der erste Anschlagbereich und der zweite Anschlagbereich
ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Dichtelement
sowohl bei einem saugseitigen Rückschlagventil insbesondere
einer Dosierpumpe als auch bei einem druckseitigen Rückschlagventil
einer solchen Pumpe eingesetzt werden kann, wobei saug- und druckseitig
jeweils entgegengesetzte Stirnseiten des Kopfabschnitts mit dem
Ventilsitz in Wechselwirkung treten. Bei einem Verschleiß der
einen Stirnseite des Dichtelements kann einfach ein Vertauschen
der Dichtelemente zwischen Saug- und Druckseite vorgenommen werden,
wobei dann die jeweils andere entgegengesetzte Stirnseite des Kopfabschnitts,
die noch keinem Verschleiß ausgesetzt war, zum Einsatz kommt.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement eignet sich zur
Verwendung in einem Rückschlagventil einer Förder-
und/oder Dosierpumpe. Hierbei kann das Dichtelement in einem in
einem Ansaugkanal der Pumpe angeordneten Saugventil und/oder in
einem in einem Ausstoßkanal der Pumpe angeordneten Druckventil
vorgesehen sein, um den Ansaugkanal bzw. den Ausstoßkanal
geeignet zu öffnen oder zu verschließen. Wie vorstehend
erläutert, können die Dichtelemente bei einem
Verschleiß der einen Stirnseite ihres Kopfabschnittes einfach
zwischen dem Saugventil und dem Druckventil vertauscht werden, wobei
dadurch die entsprechend entgegengesetzten Seiten des Kopfabschnitts
mit der jeweiligen Dichtfläche des Ventilsitzes in Wechselwirkung
treten.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Dosierpumpe,
bei der das erfindungsgemäße Dichtelement zum
Einsatz kommt, in dem Saugventil und in dem Druckventil gleiche
Schließfedern aufweisen, um ein entsprechendes Dichtelement
in Richtung eines Ventilsitzes in Vorspannung zu setzen. Die Verwendung
gleicher Schließfedern führt zu einer Verminderung
der Herstellungskosten.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind.
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Weitere
Vorteile, Eigenschaften und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Dichtelements.
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2 zeigt
eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit I
von 1.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht eines druckseitigen Rückschlagventils
einer Dosierpumpe mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement
von 1.
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht eines saugseitigen Rückschlagventils
einer Dosierpumpe mit dem erfindungsgemäßen Dichtelement
von 1.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf einen Kopfabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Dichtelements.
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6 zeigt
einen Längsschnitt durch eine Membranpumpe in montiertem
Zustand mit Dichtelementen gemäß 1 bei
den Rückschlagventilen auf der Saug- und der Druckseite.
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In 1 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Dichtelements 10 in einem Längschnitt gezeigt.
Der Bereich I von 1 ist in 2 vergrößert
dargestellt. Das Dichtelement 10 ist in Form einer länglichen
Ventilnadel 12 ausgebildet, die bezüglich ihrer
Längsachse 14 rotationssymmetrisch ist. Das Dichtelement 10 besteht
entlang seiner Längsachse 14 aus einem Grundkörper 16,
wobei einenends des Grundkörpers 16 ein Kopfabschnitt 18 ausgebildet
ist, dessen Durchmesser größer als jener des Grundkörpers 16 ist.
In der vergrößerten Darstellung gemäß 2 ist
zu erkennen, dass der Durchmesser des Grundkörper 16 im
Bereich des Kopfabschnitts 18 größer
ist. Der Kopfabschnitt 18 umfasst ein Mantelelement 30,
das den mit dem Grundkörpers 16 einstückigen
Flansch 18a des Kopfabschnitts 18 radial umgibt,
wobei der Flansch 18a eine radiale Profilierung 18b sowie
Stirnflächen 19 aufweist. Das Mantelelement 30 umfasst
einen radialen äußeren Rand 30a sowie
zwei senkrecht dazu verlaufende Mantelabschnitte 31, ferner
eine Innenprofilierung 30b, die dazu bestimmt ist, auf
die Profilierung 18b aufgebracht zu werden. Hierzu wird
das Mantelelement 30 unmittelbar an den Flansch 18a angespritzt.
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An
dem Kopfabschnitt 18 sind ein erster Anschlagbereich 20 im
Bereich der Mantelabschnitte 31 und ein zweiter Anschlagbereich 22 im
Bereich der Stirnflächen 19 vorgesehen (vgl. Erläuterung
zu 2).
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An
dem dem Kopfabschnitt 18 gegenüberliegenden Ende
weist das Dichtelement 10 eine Spitze 24 auf,
die einen Schulterabschnitt 26 mit einer Hinterschneidung 28 aufweist;
die Spitze ist in Gestalt eines Kegelstumpfes ausgebildet, der sich
nach außen hin verjüngt. Die Funktionsweise dieser
Hinterschneidung 28 ist nachstehend noch unter Bezugnahme
auf 4 im Einzelnen erläutert. In 1 sind
eine axiale Erstreckung des Dichtelements 10 als Doppelpfeil
x, und eine radiale Erstreckung als Doppelpfeil y gekennzeichnet.
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Der
zweite Anschlagbereich 22 des Dichtelements 10 ist
durch einen axialen Schulterbereich ausgebildet, nämlich
dort, wo der Durchmesser des Grundkörpers 16 in
Form einer Stufe zum Übergang des Kopfabschnitts 18 zunimmt,
mithin an der der Spitze 24 zugekehrten Stirnfläche 19.
Der zweite Anschlagbereich 22 bildet somit eine axiale
Anschlagsfläche.
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Der
Grundkörper 16 des Dichtelements 10 und
auch der Flansch 18a des Kopfabschnitts 18 mit dem
zweiten Anschlagbereich 22 sind vorzugsweise aus einem
Material mit hohem E-Modul hergestellt, zum Beispiel aus Metall
oder hartem Kunststoff. Hierdurch ist einerseits eine ausreichende
Formstabilität des Dichtelements 10 über
seine Längserstreckung sichergestellt. Des Weiteren ist
durch ein solches Material gewährleistet, dass der zweite
Anschlagbereich 22 im Wesentlichen nicht deformiert wird,
wenn äußere Kräfte auf ihn einwirken.
Der Kopfabschnitt 18 mit dem zweiten Anschlagbereich 22 ist
vorliegend einstückig mit dem Grundkörper 16 des
Dichtelements 10 ausgebildet, und ist beispielsweise als Drehteil
hergestellt.
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Das
Mantelelement 30 ragt in Längsrichtung des Dichtelements 10 an
seiner Mantelfläche 31 axial (in Richtung x, vgl. 1) über
den zweiten Anschlagbereich 22 hervor, wobei diese Mantelfläche 31 den
ersten Anschlagbereich 20 ausbildet. Das Mantelelement 30 (und
somit auch der erste Anschlagbereich 20) sind aus einem
elastischen Material hergestellt und weisen demnach im Vergleich zum
zweiten Anschlagbereich 22 einen geringen E-Modul auf.
Zweckmäßigerweise kann das Mantelelement 30 aus
einem Elastomermaterial hergestellt sein. Die Befestigung des Mantelelements 30 an
der Außenumfangsfläche des Kopfabschnitts 18 durch Anspritzen
bewirkt eine vorteilhafte form- und kraftschlüssige Befestigung
unter Ausnutzung der Spannung des Elastomermaterials des Mantelelements 30.
Andere geeignete Verbindungen, zum Beispiel Verkleben oder mechanisches
Aufziehen sind alternativ möglich.
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Insbesondere
in 2 erkennt man, dass der erste Anschlagbereich,
der ringförmig geschlossen ausgebildet ist, einen balligen
Ringvorsprung 20a aufweist, der den am weitesten axial
vorspringenden Bereich eines Mantelabschnitts 31 bildet,
der eine ringnutartige Vertiefung 20b des Mantelabschnitts 31 umgibt.
Die Vertiefung 20b springt hinter die Ebene der Stirnfläche 19 zurück
und dient als Ausweichraum für den ggfs. deformierten Ringvorsprung 20a.
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Die
Profilierungen 18b und 30b zwischen Kopfabschnitt 18 und
Mantelelement 30 können wellenförmige
Vorsprünge 31 aufweisen, um eine noch bessere
Fixierung des Mantelelements 30 auf dem Kopfabschnitt 18 zu
erzielen, insbesondere ein axiales Verrutschen des Mantelelements 30 in
Richtung der Längsachse 14 zu verhindern. Das
ringförmige Mantelelement 30 umschließt
den Kopfabschnitt 18 vollständig, wobei der erste
Anschlagbereich 20 bezüglich der Längsachse 14 radial
(in Richtung „y”, vgl. 1) an den
zweiten Anschlagbereich 22 angrenzt.
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Der
Kopfabschnitt 18 ist bezüglich einer Ebene orthogonal
zur Längsachse 14 spiegelsymmetrisch ausgebildet.
Dies bedeutet, dass der Kopfabschnitt 18 in dem Bereich
II (vgl. 1) den gleichen Aufbau wie im
Bereich I (vgl. 2) aufweist. Anders ausgedrückt,
sind beiderseits an den axialen Stirnseiten des Kopfabschnitts 18 jeweils
ein erster Anschlagbereich 20 und ein zweiter Anschlagbereich 22 ausgebildet.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement 10 eignet
sich insbesondere zum Einsatz bei einem Rückschlagventil
einer Förder- oder Dosierpumpe, was nachstehend unter Bezugnahme
auf 3 bis 5 im Detail erläutert
wird.
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Im
Stand der Technik sind Förder- oder Dosierpumpen beispielsweise
als Membranpumpen bekannt. Eine solche Membranpumpe ist in
DE 10 2006 044 253
B3 gezeigt, wobei bezüglich des Aufbaus und der
Funktionsweise einer solchen Membranpumpe auf diese Druckschrift
Bezug genommen wird.
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3 zeigt
einen Längsschnitt eines Ausstoßkanals 34 einer
Membranpumpe 63 (vgl. 6). Der
Ausstoßkanal 34 ist innerhalb eines Pumpenkopfes 36 der Membranpumpe
vorgesehen und umfasst eine Bohrung 38 mit gestuftem Durchmesser.
Die Bohrung 38 ist in ihrem in 3 oberen
Abschnitt durch einen Schulterabschnitt 40 verengt, wobei
ein axialer, nach innen weisender Bereich des Schulterabschnitts 40 einen
Ventilsitz 42 bildet.
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Das
Dichtelement 10 ist innerhalb der Bohrung 38 des
Ausstoßkanals 34 entlang seiner Längsachse 14 verschieblich
aufgenommen. Eine Schraubenfeder 44 umgibt das Dichtelement 10 in
seiner Längsrichtung und liegt an einem der beiden zweiten Anschlagbereiche 22 an.
Hierdurch wird das Dichtelement 10 in Richtung auf den
Schulterabschnitt 40, in 3 nach oben,
vorgespannt. Dies führt dazu, dass der Kopfabschnitt 18 mit
derjenigen axialen Stirnseite, die der Feder 44 abgekehrt
ist und dem Ventilsitz 42 des Schulterabschnitts 40 zugekehrt
ist, in Richtung des Ventilsitzes 42 vorgespannt ist.
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Das
Dichtelement 10 bildet zusammen mit dem Ausstoßkanal 34 ein
Rückschlagventil in Form eines Druckventils 35,
insbesondere auf der Druckseite einer Membranpumpe. Infolge der
Vorspannung durch die Feder 44 wird das Dichtelement 10 mit
seinem Kopfabschnitt 18 gegen den Ventilsitz 42 gedrückt.
Da der erste Anschlagbereich 20 axial über den
zweiten Anschlagbereich 22 hervorragt (vgl. 2),
gelangt entsprechend der erste Anschlagbereich 20 als erstes
in Kontakt mit dem Ventilsitz 42. Sobald der erste Anschlagbereich 20 in
Kontakt mit dem Ventilsitz 42 gelangt ist, ist das Druckventil 35 gemäß 3 in
seine Schließstellung überführt, wobei
durch den Kontakt zwischen dem ersten Anschlagbereich 20 und
dem Ventilsitz 42 bereits eine hinreichende Dichtfunktion
gewährleistet ist. Der erste Anschlagbereich 20 ist
als Ringvorsprung 20a ausgebildet und an die ringförmige
Kontur des Ventilsitzes 42 angepasst. In der Schließstellung
des Druckventils 35 sitzt somit der erste Anschlagbereich 20 im Wesentlichen
auf dem Ventilsitz 42 auf, unter ggfs. teilweiser Deformation
des Ringvorsprungs 20a, der zumindest teilweise in die
ringnutartige Vertiefung 20b ausweichen kann. Die Dichtfunktion
bei Anschlagen des ersten Anschlagbereichs 20 an den Ventilsitz 42 erfogt
also im Wesentlichen durch das Anlegen des Ringvorsprungs 20a.
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In
der Schließstellung des Druckventils 35 ist es
zur Unterbrechung der Fluidverbindung ausreichend, dass zunächst
nur der erste Anschlagbereich 20 in Kontakt mit dem Ventilsitz 42 gelangt,
ohne dass dabei auch der zweite Anschlagbereich 22 in Kontakt
mit dem Ventilsitz 42 gelangt. Erst bei zunehmendem Druck
wird das Dichtelement 10 entlang seiner Längsachse 14 weiter
in Richtung des Ventilsitzes 42 verlagert, so dass dann
auch der zweite Anschlagbereich 22 in Kontakt mit dem Ventilsitz 42 gelangt,
während der Ringvorsprung 20a auf Grund seines
geringeren E-Moduls weiter deformiert wird. Sobald der zweite Anschlagbereich 22 sich
in Kontaktanlage mit dem Ventilsitz 42 befindet, ist der
Schließhub des Dichtelements 10 in Richtung des
Ventilsitzes 42 begrenzt, da der zweite Anschlagbereich 22 wie
vorstehend erläutert aus einem ”harten” bzw. steifen
Material (mit hohem E-Modul) hergestellt ist. In gleicher Weise
wie der zweite Anschlagbereich 22 kann auch der Schulterabschnitt 40 mit
seiner Innenseite, d. h. dem Ventilsitz 42, aus einem harten
Material, zum Beispiel Metall hergestellt sein, woraus ein definierter
Anschlag des Dichtelements 10 mit seinem zweiten Anschlagbereich 22 an
dem Ventilsitz 42 resultiert. Die Verlagerung des Dichtelements 10 weiter
in Richtung des Ventilsitzes 42, wenn bei größeren
Drücken die axiale Kraftkomponente in Richtung des Schulterabsschnitts 40 zunimmt,
ist deshalb möglich, weil der erste Anschlagbereich 20 elastische
Eigenschaften aufweist. Man erkennt, dass der zweite Anschlagbereich 22 zugleich
eine maximale Deformation des ersten Anschlagbereichs 20 bzw. des
Ringvorsprungs 20a begrenzt, so dass vorteilhaft die Beanspruchung
des empfindlicheren ersten Anschlagbereichs 20 beschränkt
ist.
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Das Öffnen
des Druckventils 35 gemäß 3 erfolgt
in an sich bekannter Weise. Die Bohrung oberhalb des Schulterabschnitts 40 führt
zu einem Förderraum der Membranpumpe. Bei einem ausreichend
hohen Druck innerhalb des Förderraums wird die Haltekraft
der Feder 44 überwunden, so dass sich das Druckventil 35 durch
eine Abwärtsbewegung des Dichtelements 10 öffnet.
Durch eine solche Abwärtsbewegung werden der erste und zweite
Anschlagbereich 20, 22 von dem Ventilsitz 42 in 3 abgehoben,
wobei das Fluid um eine Außenumfangsfläche des
ringförmigen Mantelelements 30 herumströmt
und somit den Ausstoßkanal 34 verlassen kann.
Hierbei ist von Bedeutung, dass der von dem radialen äußeren
Rand 30a definierte Durchmesser der Außenumfangsfläche
des ringförmigen Mantelelements 30 geringfügig
kleiner als der Durchmesser der Innenumfangsfläche der
Bohrung 38 ausgebildet ist, so dass ein Umströmen
durch das Fluid möglich ist.
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In 4 ist
in einer Längsschnittsansicht ein Ansaugkanal 46 der
Membranpumpe 63 (6) dargestellt,
wobei das Dichtelement 10 in Richtung seiner Längsachse 14 verschieblich
innerhalb einer Bohrung 48 dieses Ansaugkanals 46 aufgenommen ist.
Das Dichtelement 10 bildet zusammen mit dem Ansaugkanal 46 ein
Rückschlagventil in Form eines Saugventils 47.
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In
gleicher Weise wie der Ausstoßkanal 34 weist bei
dem Saugventil 47 der Ansaugkanal 46 einen Schulterabschnitt 50 auf,
an dessen Oberseite, d. h. in Richtung des (in 6 gezeigten)
Förderraums der Membranpumpe 63 ein Ventilsitz 52 ausgebildet
ist. Das Dichtelement 10 ist dabei so in die Bohrung 48 eingesetzt,
dass es mit dem ersten und zweiten Anschlagbereich 20, 22,
die einer äußeren Stirnseite des Kopfabschnitts 18 abgekehrt
und der Spitze 24 zugekehrt liegen, in Anlage mit dem Ventilsitz 52 gelangen
kann. Ein mittlerer Abschnitt des Dichtelements 10 ist
von einem Übertragungselement 54, das nach Art
einer Hülse mit längs verlaufenden Stegen zur
radialen Führung des Dichtelements ausgebildet ist, umschlossen,
wobei sich eine an einer Innenumfangsfläche des Übertragungselements 54 ausgebildete
Stufe 56 in Eingriff mit der Hinterschneidung 28 (vgl. 1)
befindet. Somit ist ein axiales Verschieben der Übertragungselements 54 in
Richtung der Spitze 24 des Dichtelements 10 nicht
möglich. Das Übertragungselement 54 weist
an seinem unteren Ende, d. h. im Bereich der Spitze 24, einen
nach Art eines umlaufenden Kragens gebildeten Fußabschnitt 58 auf,
dessen Außenumfangsfläche radial vorsteht. An
der Stelle, an der der Fußabschnitt 58 eine stufenförmige
Verjüngung radial nach innen aufweist, also an der dem
Ventilsitz 52 zugekehrten Kragenfläche, ist eine
Sitzfläche für eine Schraubenfeder 60 ausgebildet.
Die Feder 60 sitzt auf der Sitzfläche auf und
umgibt das Übertragungselement 54, wobei sich
das entgegengesetzte Ende der Feder 60 an einem dem Ventilsitz 52 abgekehrten Schulterabschnitt 50 der
Bohrung 48 abstützt. In dieser Weise ist das Dichtelement 10 in 4 in
Richtung auf den Ventilsitz 52 vorgespannt. Infolge dieser Vorspannung
gelangt beim Schließen des Saugventils 47 zunächst
der erste Anschlagbereich 20 in Kontakt mit dem Ventilsitz 52,
analog zur Erläuterung zu 3. Sobald
der erste Anschlagbereich 20 in Kontakt mit dem Ventilsitz 52 gelangt
ist, ist das Saugventil 47 gemäß 4 in
seine erste Schließstellung überführt,
ohne dass dabei bereits ein Kontakt des zweiten Anschlagbereichs 22 mit
dem Ventilsitz 52 besteht. Erst bei einer Vergrößerung
des Drucks und somit einer größeren axialen Kraftkomponente
wird das Dichtelement 10 axial weiter derart in Richtung des
Ventilsitzes 52 verlagert, dass dann auch der zweite Anschlagbereich 22 in
Kontakt mit dem Ventilsitz 52 gelangt. Diese geringfügige
axiale Verlagerung des Dichtelements 10 ist deshalb möglich,
weil der erste Anschlagbereich 20 elastische Eigenschaften
aufweist. Falls der zweite Anschlagbereich 22 in Kontakt
mit dem Ventilsitz 52 gelangt ist, ist wegen der vergleichsweise
harten bzw. steifen Materialeigenschaften des zweiten Anschlagbereichs 22 und des
Ventilsitzes 52 eine weitere Verlagerung des Dichtelements 10 nicht
möglich, so dass eine Überbeanspruchung des ersten
Anschlagbereichs 22 verhindert wird.
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Das
Maß, um welches der erste Anschlagbereich 20 axial über
den zweiten Anschlagbereich 22 vorsteht, ist auf dem jeweiligen
E-Modul bzw. die elastischen Eigenschaften des Materials, aus dem der
erste Anschlagbereich 20 hergestellt ist, so abgestimmt,
dass in Wechselwirkung mit der Vorspannung der Feder 44, 60 eine
ausreichende Dichtfunktion vorliegt, wenn ausschließlich
der erste Anschlagbereich 20 in Kontakt mit dem entsprechenden
Ventilsitz 42, 52 gelangt. Des Weiteren ist hierdurch
eine weitere Verlagerung des Dichtelements in Richtung des Ventilsitzes
möglich, damit durch die Kontaktanlage des zweiten Anschlagbereichs 22 mit
dem Ventilsitz eine Überbeanspruchung des elastischen ersten
Anschlagbereichs 20 vermieden wird. Das Vorsehen von zwei
Anschlagbereichen mit verschiedenem Härtegrad bzw. unterschiedlicher
Elastizität bzw. E-Modul beruht auf der Erkenntnis, dass
ein einfacher elastischer Anschlag für die Dichtfunktion
bei hohen Drücken nicht bzw. nicht dauerhaft geeignet ist.
Entsprechend ist bei der Erfindung neben dem ersten Anschlagbereich 20 mit
elastischen Eigenschaften ein weiterer zweiter Anschlagbereich 22 aus einem ”harten” Material
vorgesehen, der die Hubbewegung des Dichtelements 10 begrenzt,
wobei die Abdichtfunktion zum Sperren eines Ventils jedoch schon
durch den ”weichen” Anschlag in Form des ersten
Anschlagbereichs 20 erfolgt.
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In 5 ist
eine Draufsicht auf den Kopfabschnitt 18 eines Dichtelements 10 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Dichtelement 10 weist
an dem radialen äußeren Rand 30a des
Mantelelements 30 eine Mehrzahl von radialen Erhebungen 62 auf.
Die Erhebungen 62 sind jeweils paarweise bezüglich
der Längsachse 14 gegenüberliegend vorgesehen.
Die Erhebungen 62 erfüllen den Zweck, dass das
Dichtelement 10 innerhalb der Bohrung des Ausstoßkanals 34 bzw.
des Ansaugkanals 46 bei seiner axialen Verschiebung darin
zentriert wird. Jedoch ist zwischen benachbarten Erhebungen 62 sowie
zu der Innenumfangsfläche der Bohrung des Ausstoßkanals 34 bzw.
des Ansaugkanals 46 ausreichend Platz vorgesehen, dass
ein Umströmen durch ein Fluid beim Öffnen des
jeweiligen Rückschlagventils möglich ist.
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Die
Abmessungen der Ventilsitze 42, 52 im Ausstoßkanal 34 bzw.
im Ansaugkanal 46 sind im Wesentlichen gleich bemessen.
Somit ist es möglich, ein identisches Dichtelement 10 sowohl
auf Seiten des Ausstoßkanals 34 als auch auf Seiten
des Ansaugkanals 46 als Ventilelement zu verwenden. Der Grund
hierfür liegt darin, dass der Kopfabschnitt 18 des
Dichtelements 10 an seinen beiden axialen Stirnflächen,
also sowohl an der der Spitze 24 zugekehrten inneren Stirnfläche
als auch an der der Spitze 24 abgekehrten äußeren
Stirnfläche, jeweils über einen ersten und zweiten
Anschlagbereich 20, 22 verfügt. Bei einem
Einsatz in dem Ausstoßkanal 34 gelangen die ersten
und zweiten Anschlagbereiche 20, 22 in Anlage
mit dem Ventilsitz 42, die an der äußeren
axialen Stirnseite des Kopfabschnitts 18 ausgebildet sind.
Demgegenüber gelangen bei einem Einsatz in dem Ansaugkanal 46 die
ersten und zweiten Anschlagbereiche 20, 22 in
Wechselwirkung mit dem Ventilsitz 52, die an der inneren
axialen Stirnseite des Kopfabschnitts 18 vorgesehen sind.
Falls an dem entsprechenden ersten und zweiten Anschlagbereich 20, 22 ein
Verschleiß auftreten sollte, so lässt sich das
gesamte Dichtelement 10 einfach zwischen dem Ausstoßkanal 24 und
dem Ansaugkanal 46 vertauschen, so dass dann die jeweiligen
bislang noch nicht beanspruchten ersten und zweiten Anschlagbereiche 20, 22 in
Wechselwirkung mit den entsprechend anderen Ventilsitzen gelangen.
Diese Maßnahme ist weniger aufwendig, als das Mantelelement 30 abzuziehen
und spiegelverkehrt wieder auf den Flansch 18a aufzuziehen.
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In
6 ist
eine Membranpumpe
63 in einer Längsschnittsansicht
gezeigt, bei der das Dichtelement
10 sowohl in dem Ausstoßkanal
34 als
auch in dem Ansaugkanal
46 eingesetzt ist. in gleicher
Weise wie bei der Membranpumpe
63 gemäß
DE 10 2006 044 253
B3 führen bei der in
6 gezeigten
Membranpumpe der Ansaugkanal und der Ausstoßkanal hin zu
einem Förderraum
64, der gegenüber einem Antriebsraum
66 von
einer verformbaren Membran
68 getrennt ist. Durch eine
zyklische Verformung der Membran
68 wird ein Fluid durch
den Ansaugkanal
46 in den Förderraum
64 hineingesaugt
und anschließend durch den Ausstoßkanal
34 ausgestoßen
bzw. herausgefördert. Das jeweilige Verschließen
des Ansaug- und Ausstoßkanals
46,
34 wird
durch das Dichtelement
10 gewährleistet, das wie
anhand von
3 und
4 erläutert,
als Rückschlagventil dient.
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Die
in 6 gezeigte Ventilanordnung, bei der das Dichtelement 10 in
identischer Ausführung als Schließelement sowohl
auf der Saug- als auch auf der Druckseite dient, zeichnet sich durch
kompakte Einbaumaße als auch durch geringe Herstellungskosten
aus. Eine weitere Kostenersparnis kann dadurch erzielt werden, dass
bei einem Verschleiß der ersten und zweiten Anschlagbereiche 20, 22 auf der
einen Seite des Kopfabschnitts 18 das Dichtelement 10 zwischen
Saug- und Druckseite ausgetauscht werden kann. Des weiteren können
die entsprechenden Bohrungen des Ansaugkanals 46 und des
Ausstoßkanals 34 so ausgebildet werden, dass die
beiden Schraubenfedern, die als Druckfedern ausgebildet sind, auf
der Ansaug- und Druckseite jeweils gleich ausgeführt sind.
Auch dies führt zu einer weiteren Kosteneinsparung.
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Die
Erfindung ist vortehend anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert worden, bei dem das Mantelelement 30 aus
Elastomermaterial als geschlossener Ring ausgebildet ist, der durch
Anspritzen mit dem Kopfabschnitt 18 verbunden ist, wobei der
Ring die beiden ersten Anschlagbereiche 20 bildet. Dies
kann dadurch erfolgen, dass das Dichtelement 10 gleichzeitig
aus dem Material des Grundköpers 16 und des Mantelelements 30 gespritzt
wird, oder aber dass eines der beiden Teile, z. B. der schon ausgehärtete
Grundköper 16, in eine Form eingelegt wird, bei
der der Kopfabschnitt 18, vorliegend mit der Profilierung 18b,
eine Begrenzung für das Elastomermaterial bildet, aus dem
das Mantelelement 30 durch Anspritzen hergestellt wird.
Es versteht sich, dass es auch möglich ist, einen oder
jeden der beiden ersten Anschlagbereiche 20 separat an
den Kopfabschnitt 18 anzuspritzen, beispielsweise an axiale
Stirnseiten. Durch das Anspritzen eines Mantelelements 30 wird
aber ein besseres Anhaften an den Kopfabschnitt 18 erreicht.
Darüber hinaus kann das Mantelelement 30 die auftretende
Deformation bei Anlegen des zweiten Anschlagbereichs 20 gegen
einen Ventilsitz günstig verteilen. Schließlich
kann vorteilhaft eine Ventilnadel eingesetzt werden, die im übrigen bereits
existiert und lediglich im Bereich des Kopfabschnitts 18 modifiziert
ist, indem sie von dem Mantelelement 30 umspritzt ist.
Alternativ kann das Mantelelement 30 auch aufvulkanisiert
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10344303
A1 [0002]
- - DE 102006044253 B3 [0003, 0037, 0048]