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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Strömung eines Mediums.
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Ein Rückschlagventil mit Merkmalen des Oberbegriffs ist beispielsweise aus der
DE 44 39 880 A1 bekannt.
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Aus der
EP 1 679 459 A1 ist ein Ventil bekannt, dessen flexibler Dichtkörper als vorbelastete Dichtung ausgebildet ist.
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Rückschlagventile dienen allgemein zur Richtungsbestimmung der Strömung eines Mediums innerhalb einer Leitung, beispielsweise eines Rohres. Das Rückschlagventil sperrt selbsttätig den Durchgang des Mediums in einer ersten Strömungsrichtung und öffnet selbsttätig in einer zweiten Strömungsrichtung (im folgenden in der gesamten Anmeldung als übliche Strömungsrichtung bezeichnet). Liegt also an einem Einlass des Rückschlagventils ein höherer Druck als an einem Auslass des Rückschlagventils an, ist das Rückschlagventil geöffnet und ein Medium kann vom Einlass zum Auslass des Rückschlagventils strömen. Kehren sich die Druckverhältnisse um, wird durch den höheren Druck am Auslass das Rückschlagventil geschlossen. Einfache Beispiele für die Anwendung von Rückschlagventilen sind ein Fahrradreifenventil oder ein Ventil an einem Autoreifen.
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Um Leitungen oder Leitungssysteme, die mehrere Leitungen, Verbindungen, Ventile, etc. umfassen, auf Leckagen zu überprüfen, wird das zu untersuchende Leitungssystem samt Ventilen, etc. üblicherweise mit einem Prüfmedium unter Druck beaufschlagt und anschließend über eine gewisse Zeitspanne ein möglicher Druckabfall gemessen. Ist der Druckabfall unterhalb einer gewissen Toleranzschwelle wird davon ausgegangen, dass keine Leckagen, etc. vorliegen. Andernfalls müssen weitere Teile des Leitungssystems, etc. einzeln auf Leckagen untersucht werden. Sind im Leitungssystem zusätzliche Bauteile wie beispielsweise Rückschlagventile angeordnet, verhindern diese gegebenenfalls, dass das Prüfmedium sämtliche Teile des Leitungssystems beaufschlagen kann, beispielsweise wenn das Prüfmedium entgegen der üblichen Strömungsrichtung in das Leitungssystem eingebracht wird. Die Rückschlagventile müssen dann jeweils durch eine sogenannte Bypass-Leitung überbrückt werden.
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Der Einsatz derartiger Bypass-Leitungen ist jedoch kompliziert, zeitaufwändig und teuer, da zum einen die Bypass-Leitung selbst jeweils eingebaut werden muss und im Falle einer Überprüfung des Leitungssystems auch aktiviert werden muss. Gleichzeitig müssen für die Bypass-Leitung auch Anschlüsse vorgesehen werden, was zusätzlich den Bauraum für das zu überprüfende Leitungssystem erhöht, da die Anordnung einer Bypass-Leitung beim Einsatz des Leitungssystems Berücksichtigung finden muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und kostengünstiges Rückschlagventil sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Strömung, mittels eines Rückschlagventils gemäß Anspruch 1 zur Verfügung zu stellen, welches ein einfacheres und kostengünstigeres Überprüfen von Leitungssystemen oder dergleichen mit Rückschlagventilen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Rückschlagventil bei Vorliegen des ersten Differenzdruckes, eine erste Schließposition einnimmt, das heißt der flexible Dichtkörper wird auf den ersten Ventilsitz gedrückt und dichtet diesen ab, wenn der Druck am Auslass größer ist als der Druck am Einlass des Rückschlagventils. Gleichzeitig liegt jedoch der flexible Dichtkörper bei dem ersten Differenzdruck nicht zwingend dichtend auch am zweiten Ventilsitz an. Es besteht somit noch die Möglichkeit, dass ein Prüfmedium durch das Rückschlagventil entgegen der üblichen Strömungsrichtung des Rückschlagventils hindurch treten kann. Die Notwendigkeit einer Bypass-Leitung zur Überbrückung des Rückschlagventils entgegen der üblichen Strömungsrichtung entfällt damit. Treten im normalen Betrieb des Rückschlagventils Drücke in der Größe des zweiten Differenzdrucks auf, wird der flexible Dichtkörper zumindest auf den zweiten Ventilsitz gedrückt und dichtet diesen ab. Sind der erste und der zweite Ventilsitz entsprechend ausgebildet, beispielsweise in dem die Durchmesser der Querschnitte der Öffnungen der Ventilsitze stark unterschiedlich gewählt werden, wird damit auch erreicht, dass das Rückschlagventil seine übliche Aufgabe, nämlich ein Verschließen der Leitung entgegen der üblichen Strömungsrichtung im Wesentlichen erfüllen kann, wenn am Aus- und Einlass des Rückschlagventils ein entsprechender zweiter Differenzdruck vorliegt.
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Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, noch weitere Ventilsitze anzuordnen, so dass dadurch der Durchtritt eines Mediums entgegen der üblichen Strömungsrichtung bei bestimmten Differenzdrücken entsprechend gesteuert werden kann.
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Vorteilhafterweise ist der flexible Dichtkörper entweder mit dem ersten Ventilsitz bei einem ersten Differenzdruck oder mit dem ersten und zweiten Ventilsitz bei dem zweiten Differenzdruck dichtend in Eingriff bringbar. Damit wird erreicht, dass bei dem ersten Differenzdruck zunächst der flexible Dichtkörper nur auf den ersten Ventilsitz dichtend gedrückt wird und nicht auf den zweiten Ventilsitz; es besteht somit die Möglichkeit für das Medium, das Rückschlagventil entgegen der üblichen Strömungsrichtung zu durchströmen. Bei dem zweiten Differenzdruck wird der flexible Dichtkörper dann sowohl auf den ersten als auch auf den zweiten Ventilsitz gedrückt und verschließt dann das Rückschlagventil vollständig. Ein Durchtritt des Mediums vom Auslass zum Einlass des Rückschlagventils ist nicht mehr möglich.
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Um den flexiblen Dichtkörper an dem ersten Ventilsitz bei dem ersten Differenzdruck und an dem ersten und zweiten Ventilsitz bei dem zweiten Differenzdruck dichtend anzuordnen, ist es zweckmäßig, dass der erste Differenzdruck kleiner ist als der zweite Differenzdruck.
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Damit der Dichtkörper auch bei Differenzdrücken von weniger als wenigen Millibar von zumindest einem Ventilsitz abhebt bzw. nicht dichtet und einen Durchfluss in Strömungsrichtung ermöglicht, ist der flexible Dichtkörper frei von elastischen Verformungen zwischen Anschlägen parallel zur Strömungsrichtung beweglich angeordnet.
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Zweckmäßigerweise wird zumindest ein Anschlag durch zumindest einen, insbesondere den ersten Ventilsitz gebildet. Damit wird die Anzahl der für das Rückschlagventil notwendigen Bauteile auf ein Minimum reduziert, was zum einen Kosten einspart, zum anderen Montagefehler bei der Herstellung des Rückschlagventils minimiert.
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Um die Herstellung des Rückschlagventils noch weiter zu vereinfachen und Montagefehler noch weiter zu reduzieren, ist es zweckmäßig, dass zumindest ein Ventilsitz und/oder Anschlag am Ventilgehäuse angeformt ist.
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Vorteilhafterweise wirkt der Dichtkörper mit einer Einrichtung zur Führung des flexiblen Dichtkörpers zusammen. Damit wird die Zuverlässigkeit des Rückschlagventils gesteigert, da der flexible Dichtkörper geführt und so nur vorherbestimmte Bewegungen ausführen kann; ein Verrutschen des Dichtkörpers, was gleichbedeutend mit einem zumindest teilweisen Verlust der Funktion des Rückschlagventils wäre, wird damit vermieden.
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Um die Ansprechbarkeit des Rückschlagventils auf Druckänderungen zu verbessern, ist es zweckmäßig, dass die Anschläge sich in axialer Richtung des Rückschlagventils erstrecken und/oder der flexible Dichtkörper sich im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung erstreckt. Durch die Erstreckung des flexiblen Dichtkörpers senkrecht zur Strömungsrichtung trifft ein Medium, welches durch das Rückschlagventil hindurch tritt, senkrecht auf eine Oberfläche des flexiblen Dichtkörpers. Dadurch wird ein Strömungsdruck des Mediums direkt und unmittelbar auf den flexiblen Dichtkörper übertragen.
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Das Verfahren zur Steuerung einer Strömung, mittels eines Rückschlagventils gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte Bewegen eines flexiblen Dichtkörpers parallel in einer Strömungsrichtung vorspannungsfrei zwischen zwei Anschlägen bei Vorliegen eines minimalen Differenzdrucks, Bewegen und/oder Verformen des flexiblen Dichtkörpers zum dichtenden Anliegen an einem Ventilsitz bei einem ersten Differenzdruck löst die Aufgabe, wobei bei einem zweiten Differenzdruck der flexible Dichtkörper so bewegt und/oder verformt wird, dass dieser dichtend an zumindest einem zweiten Ventilsitz anliegt. Der Vorteil dabei ist, dass das Rückschlagventil bei dem Vorliegen eines ersten Differenzdrucks an dem ersten Ventilsitz dichtend anliegt. Damit wird bei entsprechender Ausbildung der Ventilsitze ein Strömungsübergang entgegen der Strömungsrichtung für ein Prüfmedium noch ermöglicht. Bei Vorliegen des zweiten Differenzdruckes wird der flexible Dichtkörper bewegt und/oder verformt, so dass dieser dichtend zumindest an dem zweiten Ventilsitz anliegt. Damit verschließt im Wesentlichen dann der flexible Dichtkörper das Rückschlagventil entgegen der üblichen Strömungsrichtung. Dies ermöglicht einerseits die Prüfung des Rückschlagventils mittels eines Prüfmediums unter Druck entgegen der üblichen Strömungsrichtung, andererseits ermöglicht dies auch die normale Funktion eines Rückschlagventils, nämlich einen Durchtritt von einem Medium entgegen der üblichen Strömungsrichtung im Wesentlichen zu verhindern.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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Es zeigen
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1 ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil in einem ersten Ausführungsbeispiel im Querschnitt, wobei der flexible Dichtkörper an dem ersten Ventilsitz anliegt, und
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2 einen Ausschnitt A aus 1 im Detail.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Rückschlagventils R gezeigt, wobei das Rückschlagventil R Teil einer mit einem Medium beaufschlagten Leitung (nicht gezeigt) bildet. Das Rückschlagventil R umfasst dabei zwei Gehäuseteile 2, 3, die nach Montage des flexiblen Dichtkörpers 6 miteinander verschweißt werden und so insgesamt ein Ventilgehäuse 1 bilden. Das Ventilgehäuse 1 weist einen Einlass 4 und einen Auslass 5 auf, wobei der Einlass 4 sowohl einen größeren Innen- als auch einen größeren Außendurchmesser als der Auslass 5 aufweist. Damit ist eine Verwechselbarkeit von Einlass und Auslass beim Einbauen des Rückschlagventils R in eine Leitung nahezu ausgeschlossen. Am Gehäuseteil 2, 3 im Bereich des Einlasses 4 und des Auslasses 5 sind radial vorstehende Erhebungen 20 sägezahnförmig angeordnet. Diese ermöglichen eine sichere Festlegung von Schläuchen und dergleichen am Rückschlagventil R.
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Der flexible Dichtkörper 6 besteht aus einem elastomeren Werkstoff und ist im Wesentlichen vom Medium umströmbar. Das Rückschlagventil R umfasst erste Ventilsitze 7, 8 und zweite Ventilsitze 7a, 8a, die jeweils einstückig mit dem ersten Gehäuseteil 2 ausgebildet sind. Die Ventilssitze 7, 7a, 8, 8a werden durch einen in Strömungsrichtung 10 angeordneten Vorsprung 7, 7a, 8, 8a gebildet. In einer vollständigen Geschlossenstellung (siehe 2, Position P2) des Rückschlagventils R liegt dabei der flexible Dichtkörper 6 sowohl dichtend auf den dem ersten Ventilsitz 7, 8 als auch auf dem zweiten Ventilsitz 7a, 8a auf.
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Der flexible Dichtkörper 6 ist weiter in axialer Richtung beweglich angeordnet zwischen Anschlägen 8, 9, wobei der Anschlag 8 des ersten Gehäuseteils 2 durch den Ventilsitz 7 gebildet wird. Der zweite Anschlag 9 wird durch einen kegelstumpfartigen Vorsprung 9 des zweiten Gehäuseteils 3 in Gegenströmungsrichtung 10a gebildet.
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Der flexible Dichtkörper 6 kann sich dabei frei von elastischen Verformungen zwischen den Anschlägen 8, 9 parallel zur Strömungsrichtung 10 bewegen.
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Weiter umfasst der flexible Dichtkörper 6 einen Zapfen 13, der in einer Führung 12 angeordnet ist, die ebenfalls einstückig an dem Gehäuseteil 2 angeformt ist. Damit wird erreicht, dass der flexible Dichtkörper 6 nur parallel zur Strömungsrichtung 10 beweglich angeordnet ist. Der flexible Dichtkörper 6 sowie die Führung 12 sind dabei so ausgebildet, dass sich der flexible Dichtkörper 6 auch bei geringen Differenzdrücken zwischen Einlass 4 und Auslass 5 zwischen den Anschlägen 8, 9 frei bewegen kann.
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Im Folgenden wird nun die Funktion des Rückschlagventils R in einem Betriebszustand anhand der 1 und 2 beschrieben.
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Zunächst wird ein Ruhezustand beschrieben, das heißt ein Druck pE eines Mediums auf der Seite des Einlasses 4 entspricht gleich dem Druck pA des Mediums auf der Seite des Auslasses 5 des Rückschlagventils R. Der flexible Dichtkörper 6 bewegt sich dabei im Wesentlichen nicht. Wird nun der Druck pE erhöht, das heißt pE ist größer pA, bewegt sich der flexible Dichtkörper 6 in axialer Richtung aus einer Ruheposition gemäß 2 parallel zur Strömungsrichtung 10 nach rechts in eine Position P3, so dass der flexible Dichtkörper 6 dann ohne Verformung an dem Anschlag 9 anliegt. Wird nun der Druck pE weiter erhöht, kann sich der flexible Dichtkörper 6 nicht mehr parallel zur Strömungsrichtung axial verschieben, das heißt der flexible Dichtkörper 6 verformt sich nun aufgrund des größer werdenden Druckes in Richtung des niedrigeren Druckes und erreicht dann eine Position P4.
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Sinkt nun der Druck pE am Einlass 4 wieder, wird der flexible Dichtkörper 6 nicht mehr verformt bzw. die Verformung geht zurück, das heißt der flexible Dichtkörper 6 befindet sich wiederum in Position P3 gemäß 2. Sinkt der Druck pE am Einlass 4 noch weiter bis beispielsweise der Druck pA am Auslass 5 größer ist als der Druck pE am Einlass 4, so bewegt sich der flexible Dichtkörper 6 parallel zu und entgegen der Strömungsrichtung 10 bis dieser an dem Anschlag 8 in Form des Ventilsitzes 7 anliegt gemäß Position P1. Ist eine erste Öffnung W1 angeordnet, die über den ersten Ventilsitz 7, 8 dichtend verschließbar ist, kann der flexible Dichtkörper 6 die erste Öffnung W1 abdichten, so dass durch die erste Öffnung W1 kein Medium mehr strömen kann. Gleichzeitig ist es aber noch möglich, dass das Medium in Gegenströmungsrichtung 10a durch eine zweite Öffnung W2 zwischen Einlass 4 und Auslass 5 in den Einlass 4 durchtritt. Dies ist der gewünschte Zustand während einer Prüfung eines Leitungssystems mit Rückschlagventilen, indem bei Anliegen eines bestimmten Differenzdruckes, wobei der Druck pA größer ist als der Druck pE, noch ein Prüfmedium vom Auslass 5 zum Einlass 4 hindurchströmen kann.
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Steigt der Druck pA am Auslass 5 noch weiter gegenüber dem Druck pE, so verformt sich nun der flexible Dichtkörper 6 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 10 soweit, bis dieser dichtend auch am zweiten Ventilsitz 7a, 8a dichtend anliegt. Dies entspricht in 2 der Position P2 des flexiblen Dichtkörpers 6. Der flexible Dichtkörper 6 verschließt damit sowohl die erste Öffnung W1 als auch die zwischen den beiden Ventilsitzen 7, 7a angeordnete zweite Öffnung W2. Ein Übertritt eines Mediums von dem Auslass 5 zu dem Einlass 4 wird damit verhindert. Dies entspricht der üblichen Funktion eines Rückschlagventils.
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Um den Strömungsdurchfluss in Strömungsrichtung 10 zu begrenzen, können zusätzlich in radialer Richtung vorstehende Anschläge 9a am Gehäuseteil 3 angeordnet sein, so dass eine Verformung des flexiblen Dichtkörpers 6 in Position P4, das heißt bei Anliegen eines eingangsseitigen Druckes pE größer als ausgangsseitiger Druck pA begrenzt ist. Somit wird ein maximaler Querschnitt für die Strömung eines Mediums vom Einlass 4 zum Auslass 5 durch das Rückschlagventil R definiert; ein möglicher Durchfluss eines Mediums durch das Rückschlagventil in Strömungsrichtung ist damit begrenzt.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise während einer Prüfung von Leitungen mit erfindungsgemäßen Rückschlagventilen R beschrieben. Hierzu wird ein aus Leitungen und Rückschlagventilen bestehendes Leitungssystem mit einem Prüfmedium beaufschlagt, welches selbst mit einem Prüfdruck pA beaufschlagt ist. Das Prüfmedium wird am Auslass 5 des Rückschlagventils R bereitgestellt, der Druck pE am Einlass 4 ist dabei kleiner als der Druck pA. Der flexible Dichtkörper 6 bewegt sich auf Grund der Druckdifferenz nun von seiner Ruheposition, beispielsweise von der Position P3 in die Position P1 und dichtet die erste Öffnung W1 ab. Das zum Prüfen der Dichtheit des Leitungssystems verwendete Prüfmedium kann aber weiterhin über die zweite Öffnung W2 zum Einlass 4 übertreten, so dass das gesamte Leitungssystem mit Prüfmedium beaufschlagt werden kann. Anschließend kann das Leitungssystem bis auf eine Zuleitung für die Bereitstellung des mit einem Prüfdruck beaufschlagten Prüfmediums druckdicht verschlossen werden. Fällt nun der Druck im Leitungssystem innerhalb einer Zeitspanne und/oder muss, um den Prüfdruck aufrecht zu erhalten, weiteres Prüfmedium in dem Leitungssystem bereitgestellt werden, liegt beispielsweise eine Leckage des Leitungssystems vor.
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Der mögliche maximale Prüfdruck für das Prüfmedium ist dabei zum einen abhängig von der Ausbildung des zweiten Ventilsitzes 7a, 8a. Steht beispielsweise gemäß 2 der zweite Ventilsitz 7a, 8a weiter in Strömungsrichtung parallel zu dieser vor, so liegt der flexible Dichtkörper 6 bereits bei einer geringen Verformung dichtend auf dem zweiten Ventilsitz 7a an. Ein geringerer Druck pA führt dann bereits dazu, dass das Prüfmedium nicht mehr vom Auslass 5 in den Einlass 4 über die zweite Öffnung W2 strömen kann.
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Zum anderen hängt der mögliche maximale Prüfdruck auch von dem Material bzw. der Ausbildung des flexiblen Dichtkörpers 6 selbst ab. Weist dessen Material eine größere Härte auf, formt sich der flexible Dichtkörper 6 erst bei entsprechend höheren Prüfdrücken und liegt in Folge damit auch erst bei den entsprechenden höheren Prüfdrücken dichtend auf dem zweiten Ventilsitz 7a an. Dabei muss beachtet werden, dass ein möglicher höherer Prüfdruck dazu führt, dass das Rückschlagventil R auch erst bei entsprechenden Drücken oberhalb des Prüfdrucks, das heißt wenn der flexible Dichtkörper 6 dichtend auf den Ventilsitzen 7, 8, 7a, 8a dichtend anliegt, seine übliche Funktion, nämlich ein Rückströmen eines Mediums von dem Auslass 5 zu dem Einlass 4 zu verhindert bzw. verhindern kann.
