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Die Erfindung betrifft ein Biegewandlerventil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein als Hohlkörper ausgebildeter Ventilkörper angeordnet ist, dessen Wandung zumindest partiell gummielastisch verformbar ist und einen durch Verformung der Wandung beweglichen Dichtabschnitt definiert, der gemeinsam mit einem gegenüberliegenden Ventilsitz eine zwischen zwei jeweils mit einer Anschlussöffnung kommunizierenden Kammerabschnitten einer Ventilkammer angeordnete Überströmöffnung begrenzt, und mit einem in dem Ventilgehäuse angeordneten Biegewandler, unter dessen Mitwirkung der Dichtabschnitt wahlweise in einer an dem Ventilsitz anliegenden Schließstellung oder in mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen Offenstellung positionierbar ist.
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Ein aus der
WO 95/20119 A1 bekanntes Biegewandlerventil dieser Art verfügt über einen schlauchartig gestalteten Ventilkörper, der stirnseitig in axial beweglicher Weise an einem Ventilgehäuse aufgehängt ist und im mittleren Bereich an seinem Außenumfang einen als Dichtabschnitt fungierenden ringförmigen Radialvorsprung aufweist. Der Dichtabschnitt liegt einem am Gehäuse ausgebildeten ringförmigen Ventilsitz gegenüber. Der insgesamt aus einem gummielastischen Material bestehende Ventilkörper wird durch eine Feder in eine Schließstellung vorgespannt in der der Dichtabschnitt dichtend an dem Ventilsitz anliegt. Hierbei sind dann zwei diesseits und jenseits des Ventilsitzes liegende, sich um den Ventilkörper herum erstreckende Kammerabschnitte einer den Ventilkörper ausnehmenden Ventilkammer voneinander abgetrennt. Um eine Fluidverbindung zwischen den beiden Kammerabschnitten herzustellen, kann der Ventilkörper axial verlagert werden, so dass der Dichtabschnitt vom Ventilsitz abhebt und eine Überströmöffnung freigegeben wird. Die Betätigung erfolgt mittels eines Vorsteuerventils, das einen piezoelektrischen Biegewandler als Ventilglied aufweist und im aktivierten Zustand eine Fluidbeaufschlagung des Ventilkörpers hervorruft, so dass selbiger sich unter Überwindung der Federkraft in die Offenstellung bewegt.
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Das bekannte Ventil ermöglicht aufgrund seiner einen Piezo-Biegewandler aufweisenden Aktuatorik einen energetisch effizienten Betrieb. Nachteilig ist allerdings, dass zum Erhalt einer präzisen Dichtfunktion eine aufwendige gegenseitige Abstimmung zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilgehäuse bei deren Herstellung und Montage erforderlich ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach und kostengünstig herstellbares Biegewandlerventil zu schaffen, das sich bei Bedarf mit einer flachen und platzsparenden Gestaltung realisieren lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Biegewandlerventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 ausgestattet.
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Auf diese Weise sind sowohl der Dichtabschnitt als auch der Ventilsitz Bestandteile des Ventilkörpers und können somit bei der Herstellung eben dieses Ventilkörpers sehr exakt und dennoch kostengünstig optimal aufeinander abgestimmt werden. Je nach Aktivierungszustand des Biegewandlers wird der Ventilkörper mehr oder weniger weit zusammengequetscht, so dass sich sein den Dichtabschnitt bildender Wandabschnitt entweder dichtend an den gegenüberliegenden, den Ventilsitz bildenden Wandabschnitt anlegt oder von diesem Ventilsitz beabstandet ist, um eine Fluidströmung durch die Überströmöffnung hindurch zwischen den beiden Kammerabschnitten zuzulassen. Da die zur Betätigung des Ventilkörpers erforderlichen Stellkräfte verhältnismäßig gering sind, kann ein energiesparend arbeitender Biegeaktor, insbesondere ein Piezo-Biegeaktor, vorteilhaft auf der Aktorseite eingesetzt werden, ungeachtet des Umstandes, dass bei Biegewandlern die Stellkraft mit zunehmender Auslenkung abnimmt. Vor allem in der mit der Bewegungsrichtung des Dichtabschnittes zusammenfallenden Richtung kann das Biegewandlerventil bei Bedarf mit relativ geringen Abmessungen hergestellt werden, was unter anderem den Vorteil eines geringen Rastermaßes mit sich bringt, wenn mehrere der Biegewandlerventile zu einer kompakten Ventilbaugruppe zusammengefasst werden sollen. Nicht zuletzt kann das Biegewandlerventil ohne größere Probleme derart aufgebaut werden, dass es sich mittels üblicher Automatisierungstechnik sehr leicht herstellen und zusammenbauen lässt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Obgleich prinzipiell eine Bauform möglich wäre, bei der der Biegewandler zu einem Vorsteuerventil gehört, das die Position des Dichtabschnittes durch fluidische Beaufschlagung steuert, wird als besonders vorteilhaft eine direkt mechanisch betätigbare Bauweise angesehen, bei der der Biegewandler ein Antriebsglied zur mechanischen Betätigung des Dichtabschnittes bildet. Eine solche Bauform hat unter anderem den Vorteil, dass das Ventil mit Ausnahme der Ventilkammer nicht mit einem fluidischen Medium in Berührung kommt und somit keine Probleme hinsichtlich der inneren Abdichtung des Ventils auftreten. Der Biegewandler kann einfach vom zu steuernden Medium getrennt im Innern des Ventilgehäuses untergebracht werden.
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Zur Betätigung des Biegewandlerventils kann ein Stempelglied vorgesehen sein, das im Bereich des Dichtabschnittes außen an der Wandung des Ventilkörpers anliegt. Es ist relativ zum Ventilgehäuse in Richtung zu dem Ventilsitz und in der Gegenrichtung bewegbar, wobei seine Bewegung und Position durch ein rückseitig auf das Stempelglied einwirkendes Betätigungsglied beeinflusst werden kann. Dieses Betätigungsglied kann mit variabler Auslenkung auf das Stempelglied einwirken.
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Das Stempelglied ist zweckmäßigerweise in seiner möglichen Bewegung relativ zum Ventilgehäuse geführt. Zu diesem Zweck kann es in eine Führungsausnehmung eingreifen, durch deren Seitenränder es abgestützt wird. Die Führungsausnehmung ist zweckmäßigerweise Bestandteil eines bezüglich des Ventilgehäuses separaten, in das Ventilgehäuse eingesetzten Führungseinsatzes.
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Bevorzugt ist das Stempelglied länglich gestaltet. Es kann beispielsweise die Form eines Rundstabes haben, wobei es mit einem Umfangsabschnitt seines zylindrischen Außenumfanges auf den Ventilkörper einwirkt.
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Die die Schließkraft für den Dichtabschnitt liefernde Betätigungskraft kann durchaus originär von dem Biegewandler geliefert werden. Insbesondere dann jedoch, wenn ein im deaktivierten Zustand die Schließstellung einnehmendes Biegewandlerventil gewünscht ist, greift man zur Vorgabe der Stellkraft zweckmäßigerweise auf eine ebenfalls im Innern des Ventilkörpers untergebrachte Betätigungsfeder zurück, die zwischen dem Ventilgehäuse und, insbesondere im Bereich des Dichtabschnittes, der Wandung des Ventilkörpers verspannt ist. Zum Freigeben der Überströmöffnung wird hier der Biegewandler aktiviert, so dass er entgegengesetzt zur Federkraft auf die Betätigungsfeder einwirkt und selbige im Sinne eines Abhebens von der Wandung des Ventilkörpers auslenkt. Der Dichtabschnitt folgt dann bedingt durch den in der Ventilkammer herrschenden Innendruck der zurückweichenden Betätigungsfeder nach und gibt die Überströmöffnung frei.
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Es ist vorstellbar, dass der Dichtabschnitt so ausgebildet ist, dass er ohne Federbeaufschlagung auch dann die Offenstellung einnimmt, wenn in der Ventilkammer kein Innendruck herrscht. Das Schließen wird hierbei durch die Federkraft erzwungen. Das öffnen erfolgt nicht allein durch den Innendruck, sondern wird durch die selbstrückstellende Kraft der Wandung des Ventilkörpers unterstützt.
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Unabhängig davon, ob die Stellkraft von einem Biegewandler oder von einer Betätigungsfeder geliefert wird, ist es zweckmäßig, die Kraftübertragung auf die Wandung des Ventilkörpers mittels eines zwischengefügten Stempelgliedes zu bewirken. Ein solches Stempelglied kann sehr leicht derart gelagert werden, dass es sich ausschließlich rechtwinkelig zur Normalenrichtung der Überströmöffnung bewegt und dadurch nur Druckkräfte auf die Wandung des Ventilkörpers ausgeübt werden, ohne zugleich auch eine einen Verschleiß des Ventilkörpers hervorrufende Reibungskraft zu erzeugen. Beim Zusammenwirken zwischen einem Stempelglied und einer Betätigungsfeder oder einem Biegewandler spielen hingegen auftretende Reibungskräfte eine nur untergeordnete Rolle, weil hier die Materialien optimal in Bezug auf eine hohe Verschleißfestigkeit ausgelegt werden können. Als Material für das Stempelglied empfiehlt sich ein mechanisch steifes Material wie zum Beispiel Stahl. Auch ein Kunststoffmaterial wäre denkbar.
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Die Betätigungsfeder ist zweckmäßigerweise als Blattfeder konzipiert. Sie verfügt in ihrem dem Ventilkörper zugeordneten vorderen Längenabschnitt zweckmäßigerweise über eine größere Biegesteifigkeit als in dem sich daran anschließenden rückwärtigen Längenabschnitt. Die erhöhte Steifigkeit kann insbesondere durch die Verwirklichung einer oder mehrerer längsverlaufender Sicken erzeugt werden.
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Die Kraftübertragung zwischen dem Biegewandler und der Betätigungsfeder findet zweckmäßigerweise nicht direkt statt, sondern indirekt unter Zwischenschaltung eines bevorzugt kugelförmig ausgebildeten Übertragungsgliedes. Ein solches Übertragungsglied kann insbesondere aus einem verschleißarmen Material wie Stahl oder einem sonstigen Metall bestehen. Auf diese Weise wird der Biegewandler vor Verschleiß geschützt, der aus zwischen ihm und der zwischen ihm und der Betätigungsfeder auftretenden Relativbewegungen resultieren könnte.
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Mit Hilfe des Übertragungsgliedes lässt sich darüber hinaus auch eine sehr exakte und spielfreie Montage zwischen dem Biegewandler und der Betätigungsfeder erreichen. Vor allem piezoelektrische Biegewandler erfahren einen kräftemäßigen Abfall mit zunehmendem Auslenkhub. Daher kann zwischen der Betätigungsfeder und dem Biegewandler kein Freiraum toleriert werden. Eine besonders vorteilhafte Verfahrensweise einer die vorhandenen Toleranzen ausgleichenden Montage sieht daher vor, den Biegewandler mit einer durchgehenden Aussparung auszubilden, in die das Übertragungsglied eingelegt wird, nachdem zuvor die bereits zusammengebauten Komponenten so orientiert wurden, dass der Biegewandler über die Betätigungsfeder ragt. Das Übertragungsglied ragt nun an der Unterseite des Biegewandlers schwerkraftbedingt soweit heraus, bis es in direktem Kontakt mit der Betätigungsfeder steht. In dieser Relativposition wird dann das Übertragungsglied mit dem Biegewandler verklebt. Zum Verkleben kann insbesondere ein schnell aushärtender UV-Kleber verwendet werden.
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Es besteht die Möglichkeit, das bevorzugt kugelförmige Übertragungsglied vor dem Einlegen in das Loch des Biegewandlers zu magnetisieren, so dass es durch Magnetkraft selbsttätig an der Betätigungsfeder haftet, wenn diese aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere Federstahl, besteht.
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Bei der Betätigung des Biegewandlers und dessen daraus resultierender Auslenkung gleitet das Übertragungsglied an der Oberfläche der Betätigungsfeder ab. Bestehen beide Komponenten aus Stahl, ergibt sich eine sehr hohe Abriebsicherheit ohne Reibungsproblematik.
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Vorteilhafterweise besteht der Ventilkörper in seiner Gesamtheit aus einem gummielastischen Material. Es kann sich hierbei insbesondere um ein Elastomermaterial handeln. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders gutes Verformungsvermögen für den mit dem Ventilsitz kooperierenden Dichtabschnitt. Zudem erreicht man eine optimale Abdichtung in der Schließstellung, ohne auf zusätzliche Dichtungsmaterialien zurückgreifen zu müssen. Der Dichtabschnitt und der Ventilsitz sind unmittelbar vom gummielastischen Material der Wandung des Ventilkörpers gebildet.
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Ein ganz oder zumindest überwiegend aus gummielastischem Material bestehender Ventilkörper neigt von Hause aus zu einem Aufblähen, wenn er unter Überdruck steht. Es ist daher zweckmäßig, das Ventilgehäuse und/oder andere Komponenten des Biegewandlerventils so auszubilden, dass der eingebaute Ventilkörper an seiner Außenfläche, ein Aufblähen verhindernd, abgestützt wird. Vorzugsweise sitzt der Ventilkörper in einer im Ventilgehäuse angeordneten Aufnahmekammer und wird dabei von gehäusefesten Stützflächen zumindest im Wesentlichen allseitig abgestützt.
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Man kann die Stützflächen so ausbilden, dass der Ventilkörper zugleich relativ zum Ventilgehäuse festgeklemmt wird.
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Die Stützflächen befinden sich zweckmäßigerweise einerseits am Ventilgehäuse und andererseits an einem in das Ventilgehäuse eingesetzten und am Ventilgehäuse fixierten Stützelement. Der Ventilkörper kann vor der Montage des Stützelementes lose eingelegt werden und bedarf insbesondere keiner weiteren Befestigung.
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Das Ventilgehäuse kann an seiner Innenfläche eine muldenartige Vertiefung aufweisen, in die sich der Ventilkörper mit exakter Ausrichtung einsetzen lässt. Die Vertiefung hat dabei, wie zweckmäßigerweise auch das bevorzugt vorhandene Stützelement, eine an die äußere Gestalt des Ventilkörpers angepasste Kontur.
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Zweckmäßigerweise verfügt das Stützelement im Bereich des Dichtabschnittes über eine Durchbrechung, durch die hindurch der Dichtabschnitt zu seiner Betätigung zugänglich ist. Die Durchbrechung kann insbesondere zur Aufnahme und Führung des oben schon erwähnten Stempelgliedes herangezogen werden. Die Durchbrechung ist zweckmäßigerweise schlitzförmig ausgebildet.
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Dichtabschnitt und Ventilsitz sind insbesondere so ausgebildet, dass sie sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung eine zumindest im Wesentlichen lineare Erstreckung haben. Die offene Überströmöffnung hat in diesem Fall bevorzugt einen länglichen, geradlinigen Querschnitt und ähnelt insbesondere einer Rechteckfläche,
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Der Ventilkörper ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass die beiden Anschlussöffnungen in Richtungen weisen, die rechtwinkelig zur Strömungsrichtung des durch die Überströmöffnung hindurchströmenden Fluides orientiert sind. Mit anderen Worten sind die Normalenrichtungen der beiden Anschlussöffnungen rechtwinkelig zur Normalenrichtung der Überströmöffnung ausgerichtet. Es ist zweckmäßig, wenn die beiden Anschlussöffnungen dabei untereinander in die gleiche Richtung weisen. Letzteres vereinfacht das Anschließen an weiterführende Fluidleitungen. Die beiden Anschlussöffnungen können insbesondere im Bereich einer von der Außenfläche des Ventilgehäuses gebildeten Montagefläche angeordnet sein, mit der sich das Biegewandlerventil an einem mit weiterführenden Fluidkanälen ausgestatteten Ventilträger montieren lässt.
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Vorzugsweise sind die beiden Anschlussöffnungen und die Überströmöffnung so angeordnet, dass sie allesamt im rechten Winkel von einer Mittelebene des Ventilkörpers geschnitten werden. Dabei durchsetzt die Mittelebene sämtliche Öffnungsquerschnitte zweckmäßigerweise querschnittsmittig. Der Ventilkörper ist bevorzugt so im Ventilgehäuse angeordnet, dass seine Mittelebene im Wesentlichen parallel zur Hauptausdehnungsebene des Biegewandlers verläuft.
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Bei einer zweckmäßigen Formgebung hat der Ventilkörper eine U-förmige Gestalt mit zwei zueinander parallelen Schenkelabschnitten, an deren Stirnseiten die beiden Anschlussöffnungen angeordnet sind. Der bevorzugt eine längliche Gestalt aufweisende Dichtabschnitt weist zweckmäßigerweise eine zu den beiden Schenkelabschnitten parallele Längserstreckung auf.
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Im Bereich der Anschlussöffnungen kann der Ventilkörper mit einstückig integrierten, die Anschlussöffnungen umrahmenden Dichtringen versehen sein. Sie können insbesondere bei einer Montage des Biegewandlerventils an einem mit weiterführenden Fluidkanälen ausgestatteten Ventilträger dichtend anliegen.
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Ein das Biegewandlerventil durchströmendes Fluid kommt zweckmäßigerweise ausschließlich mit der die Ventilkammer begrenzenden Innenfläche der Wandung des Ventilkörpers in Berührung. Bei Verwendung eines geeigneten gummielastischen Materials kann somit problemlos den Hygieneanforderungen der Medizintechnik Rechnung getragen werden. Wegen seiner chemisch inerten Eigenschaften empfiehlt sich vor allem ein Silikonmaterial oder ein gummielastischer Werkstoff mit chemischen Eigenschaften ähnlich dem sogenannten „Teflon”, beispielsweise Perfluorkautschuk.
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Der Ventilkörper kann prinzipiell einstückig ausgebildet sein. Seine Herstellung ist jedoch besonders einfach, wenn er aus zwei ursprünglich separaten, nachträglich fluiddicht zusammengefügten Teilen besteht. Vorzugsweise setzt sich der Ventilkörper hierbei aus zwei in einer Fügeebene fluiddicht aneinandergesetzten Ventilkörperschalen zusammen, von denen die eine Ventilkörperschale den beweglichen Dichtabschnitt und die andere Ventilkörperschale den Ventilsitz bildet. Die Fügeebene fällt zweckmäßigerweise mit der oben schon erwähnten Mittelebene des Ventilkörpers zusammen. Die Fluiddichtheit kann unter Umständen schon allein dadurch gewährleistet werden, dass die beiden Ventilkörperschalen im montierten Zustand durch das Ventilgehäuse und/oder andere gehäusefest fixierte Stützstrukturen zusammengepresst werden. Vor allem aber wegen der einfacheren Handhabung bei der Ventilmontage, und auch wegen der dadurch erzielbaren absolut fluiddichten Fügeverbindung, empfiehlt sich allerdings ein Verkleben, Verschweißen oder sonstiges stoffschlüssiges Verbinden der beiden Ventilkörperschalen.
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Nebenbei bemerkt, können der Dichtabschnitt und/oder der Ventilsitz in Gestalt einer an der Innenfläche der Wandung des Ventilkörpers gebildeten rippenförmigen Erhebung realisiert sein, die man insbesondere auch als Dichtlippe bezeichnen könnte.
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Es ist von Vorteil, wenn die Wandung des Ventilkörpers außen im Bereich des Dichtabschnittes eine rinnenähnliche, sich in Längsrichtung des Dichtabschnittes erstreckende Vertiefung aufweist, in deren Bereich die zum Bewegen des Dichtabschnittes erforderliche Stellkraft eingeleitet werden kann. Eine solche Vertiefung ermöglicht unter anderem auch ein besonders vorteilhaftes Positionieren eines Stempelgliedes.
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Der Biegewandler ist vorzugsweise von piezoelektrischer Art. In diesem Fall wird die Auslenkung des Biegewandlers also durch elektrische Ansteuerung auf der Basis des umgekehrten piezoelektrischen Effektes hervorgerufen. Allerdings eignet sich das erfindungsgemäße Ventil auch für andere Arten von Biegewandlern, beispielsweise für solche bimetallischer Art oder für solche aus sogenanntem Memorymetall. In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Biegewandler lamellenähnlich mit Längsgestalt ausgebildet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine bevorzugte Bauform des erfindungsgemäßen Biegewandlerventils in einer perspektivischen Außenansicht,
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2 einige wesentlichen Komponenten des Biegewandlerventils in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und bei einer verglichen mit 1 um 90° verdrehten Ausrichtung,
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3 den vorderen Endabschnitt des Biegewandlerventils in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III aus 1, 2 und 5, wobei die Schließstellung gezeigt ist,
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4 das Biegewandlerventil in einer mit 3 vergleichbaren Darstellungsweise im Längsschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV aus 6 bei Einnahme einer Offenstellung,
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5 einen Querschnitt durch das die Schließstellung einnehmende Biegewandlerventil gemäß Schnittlinie V-V aus 3,
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6 einen Querschnitt durch das eine Offenstellung einnehmende Biegewandlerventil gemäß Schnittlinie VI-VI aus 4,
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7 den rückwärtigen Endabschnitt des Biegewandlerventils in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III, wobei eine vorteilhafte Fixierung des Biegewandlers und eine zweckmäßigerweise vorhandene, bei der elektrischen Ansteuerung des Biegewandlers genutzt Elektronikbaugruppe ersichtlich ist, und
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8 in einer etwas schematisierteren Darstellung eine Draufsicht auf das Biegewandlerventil bei geöffnetem Ventilgehäuse, wobei der Ventilkörper lediglich zu besseren Kenntlichmachung mit einer Schraffur versehen ist.
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Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene Biegewandlerventil – im Folgenden wird zur Vereinfachung meist nur der Begriff „Ventil” verwendet – verfügt über ein in vorteilhafter Weise sehr flaches Ventilgehäuse 2 mit kastenförmigen Aufbau und einem länglichen rechteckigen Querschnitt. Das Ventilgehäuse 2 hat eine Längsachse 3, eine dazu rechtwinkelige Querachse 4 und eine zu sowohl der Längsachse 3 als auch der Querachse 4 rechtwinkelige Hochachse 5. Die flachen Abmessungen liegen in der Querrichtung vor.
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Bezogen auf die Längsachse 3 hat das Ventilgehäuse 2 einen vorderen Endbereich 6 und einen hinteren Endbereich 7.
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An einer der Außenflächen 8 des Ventilgehäuses 2, hierbei handelt es sich insbesondere um eine der beiden in Achsrichtung der Hochachse 5 weisenden Außenflächen, sind – insbesondere am vorderen Endbereich 6 – eine erste und zweite Anschlussöffnung 12, 13 angeordnet. Eine dieser Anschlussöffnungen 12 oder 13 kann als Einlassöffnung, die andere als Auslassöffnung genutzt werden. Im Betrieb des Biegewandlerventils 1, das vorzugsweise die Funktionalität eines 2/2-Wegeventils hat, wird über die beispielsweise von der ersten Anschlussöffnung 12 gebildete Einlassöffnung ein zu steuerndes Fluid eingespeist, das je nachdem, ob das Ventil 1 eine Offenstellung oder eine Schließstellung einnimmt, an der beispielsweise von der zweiten Anschlussöffnung 13 gebildeten Auslassöffnung wieder austritt oder an einem Austritt aus der Auslassöffnung gehindert ist.
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Die mit den Anschlussöffnungen 12, 13 versehene Außenfläche 8 ist zweckmäßigerweise als Montagefläche 8a konzipiert, mit der voraus das Ventil 1 an der Bestückungsfläche 16 eines in 8 schematisch angedeuteten Ventilträgers 14 montierbar ist. Der Ventilträger 14 verfügt über interne Ventilträgerkanäle 15, die so zu der Bestückungsfläche 16 ausmünden, dass ihre Mündungen mit je einer der beiden Anschlussöffnungen 12, 13 fluchten.
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Aufgrund der schmalen Abmessungen des Ventilgehäuses 2 können problemlos mehrere Ventile 1 auf engem Raum Seite an Seite aneinandergereiht auf einem Ventilträger 14 montiert werden. Das Rastermaß für die Montage kann dabei beispielsweise nur 4,5 mm betragen. Wegen den somit sehr geringen Lochabständen der Ventilträgerkanäle 15 eignet sich eine aus mehreren Biegewandlerventilen 1 aufgebaute Ventilbaugruppe hervorragend zum Dosieren von Flüssigkeiten in sogenannte Mikrotiterplatten.
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Zur Befestigung des Biegewandlerventils 1 an einem auch als Fluid-Verteilerplatte bezeichenbaren Ventilträger 14 sind beim Ausführungsbeispiel zwei Befestigungsschrauben 17 vorgesehen, die je ein das Ventilgehäuse 2 im vorderen Endbereich 6 und im hinteren Endbereich 7 in Höhenrichtung durchsetzendes Schraubenloch 17a, 17b durchsetzen und mit dem Ventilträger 14 verschraubbar sind, so dass ein standfester Aufbau möglich ist.
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Das mittels des Biegewandlerventils 1 steuerbare Fluid kann von jedweder fließfähiger Art sein, es handelt sich insbesondere um eine Flüssigkeit oder ein Gas, letzteres beispielsweise Druckluft.
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Das Ventilgehäuse 2 weist ein zweckmäßigerweise mit den beiden Schraubenlöchern 17a, 17b ausgestattetes Gehäusehauptteil 18 auf. In ihm sind, zweckmäßigerweise einstückig, eine in Achsrichtung der Querachse 4 orientierte erste seitliche Seitenwand 22a sowie, von der ersten seitlichen Seitenwand 22 quer wegragend, eine vordere Seitenwand 22c, eine hintere Seitenwand 22d, eine obere Seitenwand 22e und eine untere Seitenwand 22f vereinigt.
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Eine der ersten seitlichen Seitenwand 22a in Achsrichtung der Querrichtung 4 mit Abstand gegenüberliegende zweite seitliche Seitenwand 22b ist als Gehäusedeckel 23 konzipiert, der lösbar oder unlösbar an das Gehäusehauptteil 18 angesetzt ist und gemeinsam mit letzterem einen im Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Innenraum 24 umgrenzt.
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In dem Innenraum 24 ist im vorderen Endbereich 6 des Ventilgehäuses 2 ein vorzugsweise in seiner Gesamtheit aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehender Ventilkörper 25 angeordnet. Der Ventilkörper 25 ist ein abgesehen von den beiden schon erwähnten ersten und zweiten Anschlussöffnungen 12, 13 geschlossener Hohlkörper. Der Ventilkörper 25 hat eine zweckmäßigerweise durchgängig gummielastische Wandung 26 – im Folgenden auch als Ventilkörperwandung 26 bezeichnet –, die eine im Innern des Ventilkörpers 25 ausgebildete Ventilkammer 27 umschließt.
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Die Ventilkammer 27 kommuniziert beidseitig mit den beiden Anschlussöffnungen 12, 13. Somit kann über die eine Anschlussöffnung 12 oder 13 ein Fluid in die Ventilkammer 27 eingespeist und über die andere Anschlussöffnung 13 oder 12 wieder aus der Ventilkammer 27 abgeführt werden.
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Der Ventilkörper 25 definiert in seinem Innern auch eine bevorzugt im Wesentlichen schlitzförmige Überströmöffnung 28. Durch diese Überströmöffnung 28 ist die Ventilkammer 27 in einen ständig mit der ersten Anschlussöffnung 12 kommunizierenden ersten Kammerabschnitt 32 und einen ständig mit der zweiten Anschlussöffnung 13 kommunizierenden zweiten Kammerabschnitt 33 unterteilt.
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Die Überströmöffnung 28 ist einerseits begrenzt von einem im Betrieb des Ventils 1 normalerweise bezüglich des Ventilgehäuses 2 ortsfesten oder ortsfest abgestützten Ventilsitz 34 und einem dem Ventilsitz 34 gegenüberliegenden Dichtabschnitt 35, der relativ zu dem Ventilsitz 34 unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Steuerbewegung 36 bewegbar ist.
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Im Rahmen der Steuerbewegung 36 kann der Dichtabschnitt 35 wahlweise in einer aus 3 und 5 ersichtliche Schließstellung oder in mindestens einer exemplarisch aus 4 und 6 ersichtlichen Offenstellung positioniert werden. In der Schließstellung liegt er fluiddicht am gegenüberliegenden Ventilsitz 34 an, so dass die Überströmöffnung 28 dicht verschlossen ist. In der Offenstellung ist der Dichtabschnitt 35 mehr oder weniger weit von dem Ventilsitz 34 abgehoben, so dass ein Querschnitt der Überströmöffnung 28 offen ist, der dem eingespeisten Fluid einen Übertritt aus dem einen in den anderen Kammerabschnitt 32, 33 der Ventilkörper 27 gestattet.
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Sowohl der Ventilsitz 34 als auch der Dichtabschnitt 35 sind von je einem unmittelbaren Wandabschnitt der Ventilkörperwandung 26 gebildet. Da selbige aus einem gummielastischen Material besteht, vorzugsweise aus einem Silikonmaterial, kann bei gegenseitiger Anlage von Dichtabschnitt 35 und Ventilsitz 34 auch ohne zusätzliche Dichtelemente eine fluiddichte Absperrung der Überströmöffnung 28 gewährleistet werden.
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Es ist möglich, den Dichtabschnitt 35 und/oder den Ventilsitz 34 durch eine bevorzugt rippenförmige oder lippenförmige Erhebung an der Innenoberfläche der Ventilkörperwandung 26 auszubilden. Dadurch erreicht man in der Schließstellung eine besonders hohe Flächenpressung und eine sehr zuverlässige Dichtfunktion.
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Der Ventilkörper 25 ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sowohl der Ventilsitz 34 als auch der Dichtabschnitt 35 eine im Wesentlichen lineare Erstreckung haben, was insbesondere durch 5 und 6 illustriert ist. Die geöffnete Überströmöffnung 28 hat auf diese Weise einen länglichen, bevorzugt im Wesentlichen rechteckigen Öffnungsquerschnitt.
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Die im Folgenden auch als „Schaltstellung” bezeichnete, relativ zum Ventilsitz 34 eingenommene Position des Dichtabschnittes 35 wird durch einen Biegewandler 37 bestimmt. Dieser ist wie der Ventilkörper 25 in dem Innenraum 24 angeordnet. Der Biegewandler 37 ist vorzugsweise lamellenförmig ausgebildet und erstreckt sich in der Längsrichtung des Ventilgehäuses 2. Vorzugsweise ist der Biegewandler 37 so platziert, dass er in Achsrichtung der Längsachse 3 auf den Ventilkörper 25 folgend angeordnet ist und selbigen somit nicht überragt. Er erstreckt sich ausgehend vom hinteren Endbereich 7 des Ventilgehäuses 2 nach vorne, wo er mit einem Antriebsabschnitt 38 vor Erreichen des Ventilkörpers 25 mit geringem Abstand zu diesem endet.
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Mit seinem dem Antriebsabschnitt 38 entgegengesetzten rückseitigen Endabschnitt 42 ist der Biegewandler 37 am Ventilgehäuse 2 zweckmäßigerweise unbewegbar fixiert. Letzteres geschieht beispielsweise unter Verwendung mindestens einer Reibniete 43, wobei allerdings auch andere Befestigungsarten möglich wären. Die Reibniete 43 ist zweckmäßigerweise ein einstückiger Bestandteil des Ventilgehäuses 2.
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An der Rückseite des Ventilgehäuses 2 sind elektrische Anschlussmittel 44, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Kabel, aus dem Ventilgehäuse 2 herausgeführt. Sie stehen mit dem im Innern des Ventilgehäuses 2 untergebrachten Biegewandler 37 in elektrischer Verbindung und erlauben dessen Aktivierung und Deaktivierung durch Anlegen oder Entfernen einer entsprechenden Ansteuerspannung.
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Die elektrische Ansteuerung des Biegewandlers 37 erfolgt zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung einer ebenfalls im Innern des Ventilgehäuses 2 untergebrachten Elektronikbaugruppe 45. Sie besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer insbesondere von einer Leiterplatte gebildeten Platine 46 und auf der Platine 46 sitzenden elektronischen Bauteilen 47. Es ist sinnvoll, dem Anwender des Ventils zu ermöglichen, das Ventil 1 mit 24 Volt oder anderen niedrigen Spannungen zu betreiben. Daher kann die Elektronikbaugruppe 45 eine Hochspannungselektronik enthalten, die je nach Konfiguration verschiedene Spannungen auf die in der Regel höhere Betriebsspannung des Biegewandlers hochtransformieren kann. Hierzu kann ein kostengünstiger und kleinbauender sogenannter ASIC verwendet werden. Auch eine Leuchtdiode kann integriert sein, beispielsweise zur Betriebsanzeige.
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In einer vorteilhaften Ausführung kann die Elektronikbaugruppe 45 einen Gleichrichter enthalten, damit bei versehentlicher Verpolung der Anschlussmittel 44 der Biegewandler nicht in Richtung Gehäuseboden bzw. der seitlichen Seitenwand 22a ausgelenkt werden kann, was zur Zerstörung des Biegewandlers führen könnte.
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Zur elektrischen Verbindung zwischen der Elektronikbauguppe 45 und dem Biegewandler 37 wird zweckmäßigerweise mindestens ein sogenannter Flexleiter 48 verwendet.
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Die Elektronikbaugruppe 45 kann durch Verrastung im Ventilgehäuse 2 fixiert sein. Sie befindet sich zweckmäßigerweise in einem Bereich des Aufnahmeraumes 24, der in Achsrichtung der Längsachse 3 zwischen dem rückseitigen Endabschnitt 42 des Biegewandlers 37 und der hinteren Seitenwand 22d des Ventilgehäuses 2 angeordnet ist.
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Bei seiner elektrischen Aktivierung erfährt der Biegewandler 37 zu seinem vorderen Endabschnitt hin und somit auch im Bereich des dort befindlichen Antriebsabschnittes 38 eine Auslenkung in einer Auslenkebene 52, die zur Ausdehnungsebene des platten- oder lamellenförmigen Biegewandlers 37 rechtwinkelig verläuft. Der Biegewandler 37 ist so im Ventilgehäuse 2 positioniert, dass seine Auslenkebene 52 parallel zu einer von der Längsachse 3 und der Querachse 4 gemeinsam aufgespannten Ebene verläuft. Die mögliche Auslenkbewegung ist bei 53 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
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Zu seiner Montage kann der Biegewandler 37 bei entferntem Gehäusedeckel 23 in das Gehäusehauptteil 18 eingelegt werden, so dass er mit seinem rückseitigen Endabschnitt 42 an der ersten seitlichen Seitenwand 22a anliegt. Im deaktivierten Zustand erstreckt er sich bevorzugt parallel zu dieser ersten seitlichen Seitenwand 22a.
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Der Biegewandler 37 fungiert beim Ausführungsbeispiel als Antriebsglied zur mechanischen, also nicht zur fluidischen Betätigung des Dichtabschnittes 35. Durch Betätigen des Biegewandlers 37 kann direkt die Steuerbewegung 36 des Dichtabschnittes 35 hervorgerufen werden. In diesem Zusammenhang wäre eine Bauform möglich, bei der der Biegewandler 37 unmittelbar selbst auf die Außenseite der Ventilkörperwandung 26 einwirkt. Zweckmäßigerweise geschieht diese Einwirkung jedoch mittelbar unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer weiterer Komponenten.
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Die eigentliche, für das Positionieren des Dichtabschnittes 35 erforderliche Stellkraft liefert beim Ausführungsbeispiel nicht der Biegewandler 37, sondern ein diesbezüglich zusätzlich vorhandenes und insbesondere auch im Innern des Ventilgehäuses 2 untergebrachtes Betätigungsglied, das zweckmäßigerweise als Betätigungsfeder 54 ausgebildet ist.
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Die Betätigungsfeder 54 die insbesondere als Blattfeder ausgebildet ist, erstreckt sich derart in dem Aufnahmeraum 24, dass sie sowohl den Antriebsabschnitt 38 als auch den Dichtabschnitt 35 in Achsrichtung der Längsachse 3 überlappt. Sie ist zweckmäßigerweise in einem spaltartigen Zwischenraum 55 untergebracht, der zwischen einerseits dem Biegewandler 37 und dem Ventilkörper 25 und andererseits der zweiten seitlichen Seitenwand 22b des Ventilgehäuses 2 liegt.
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Die Betätigungsfeder 54 ist zwischen dem Ventilgehäuse 2 und der Ventilkörperwandung 26 federelastisch nachgiebig verspannt. Sie hat einen Betätigungsarm 56, der mit einem rückseitigen Befestigungsabschnitt 57 – beispielsweise durch Reibnieten – an einer als Abstützbereich 51 bezeichneten Stelle des Ventilgehäuses 2 fixiert ist, die in Achsrichtung der Längsachse 3 hinter dem Antriebsabschnitt 38 des Biegewandlers 37 liegt. Ausgehend von dort ragt der Betätigungsarm 56 frei nach vorne und dabei über den Antriebsabschnitt 38 hinweg, bis er mit seinem im Folgenden als Betätigungsabschnitt 58 bezeichneten vorderen Endabschnitt in etwa auf Höhe des Dichtabschnittes 35 endet.
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Die Betätigungsfeder 54 ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie mit ihrem Betätigungsabschnitt 58 in Richtung zum Ventilkörper 25 hin vorgespannt ist.
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Der Ventilkörper 25 ist so ausgerichtet, dass sein den Dichtabschnitt 35 aufweisender Wandungsabschnitt zwischen dem Betätigungsabschnitt 58 und dem den Ventilsitz 34 aufweisenden Wandungsabschnitt liegt. Der Ventilsitz 34 ist somit dem Betätigungsabschnitt 58 zugewandt, der entgegengesetzt orientierte Dichtabschnitt 35 weist von dem Betätigungsabschnitt 58 weg.
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Zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines bezüglich des Ventilkörpers 25 und der Betätigungsfeder 54 separaten Stempelgliedes 59 ist der Dichtabschnitt 35 ständig von der Betätigungsfeder 54 beaufschlagt. Bei deaktiviertem Biegewandler wirkt die Kraft der Betätigungsfeder 54 uneingeschränkt auf das Stempelglied 59 und drückt dieses von außen gegen den den Dichtabschnitt 35 definierenden Wandungsabschnitt der Ventilkörperwandung 26, so dass der Ventilkörper 25 zusammengequetscht wird und der Dichtabschnitt mit Vorspannung am gehäusefest abgestützen Ventilsitz 34 anliegt.
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Bei Aktivierung des Biegewandlers 37 drückt selbiger aufgrund seiner Auslenkung in einem Kontaktbereich 63 so gegen den Betätigungsarm 56, dass dieser entgegen der Federkraft verschwenkt wird. Dadurch entfernt sich auch der Betätigungsabschnitt 58 von dem Ventilsitz 34 und das in die Ventilkammer 27 eingespeist Druckmedium ist in der Lage, den den Dichtabschnitt 35 aufweisenden Wandungsabschnitt des Ventilkörpers 25 vom Ventilsitz 34 abzuheben. Dabei schiebt der Dichtabschnitt 35 auch das Stempelglied 59 vor sich her.
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Wenn der Ventilkörper 25 derart geformt ist, dass der Dichtabschnitt 35 im weder innen noch außen beaufschlagten Zustand die Offenstellung einnimmt, wird der Öffnungsvorgang durch die aus der Elastizität der verformten Wandung des Ventilkörpers 25 resultierende Rückstellkraft zusätzlich unterstützt. Der Ventilkörper kann aber auch so vorgeformt sein, dass der Dichtabschnitt 35 im weder innen noch außen beaufschlagten Zustand die Schließstellung einnimmt.
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Der Kontaktbereich 63 zwischen dem Biegewandler 37 und der Betätigungsfeder 54 liegt zweckmäßigerweise axial zwischen dem gehäusefest fixierten Befestigungsabschnitt 57 und dem – insbesondere unter Zwischenschaltung eines Stempelgliedes 59 – mit der Ventilkörperwandung 26 zusammenwirkenden Betätigungsabschnitt 58 der Betätigungsfeder 54.
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Damit die Auslenkbewegung 53 möglichst verlustfrei auf die Ventilkörperwandung 26 übertragen wird, verfügt die Betätigungsfeder 54 an ihrem sich zwischen dem Kontaktbereich 63 und dem Betätigungsabschnitt 58 erstreckenden vorderen Längenabschnitt 64 über eine relativ hohe Biegesteifigkeit in der Auslenkebene 52. Die Biegesteifigkeit ist dort insbesondere größer als in einem sich rückseitig an diesen vorderen Längenabschnitt 64 anschließenden, die Flexibilität der Betätigungsfeder 54 gewährleistenden rückwärtigen Längenabschnitt 65, welcher sich insbesondere bis hin zu dem Befestigungsabschnitt 57 bzw. Abstützbereich 51 erstreckt.
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Exemplarisch hat der rückwärtige Längenabschnitt 65 eine geringere Breite als der vordere Längenabschnitt 64. Auch kann zur Erhöhung der Steifigkeit der vordere Längenabschnitt 64 einen wellenförmigen Querschnitt haben und/oder mindestens eine längs verlaufende Sicke aufweisen. In 8 sind exemplarisch mehrere längsverlaufende Knickkanten 66 ersichtlich, die im mittleren Bereich eine längsverlaufende Sicke definieren, deren erhabener Kammbereich 67 dem Stempelglied 59 zugewandt ist und an diesem zur Kraftübertragung anliegt.
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Optional kann die Betätigungsfeder 54 einen nach rückwärts über den Betätigungsabschnitt 57 bzw. den Abstützbereich 51 hinausragenden Stützarm 68 aufweisen, der sich zur Aufbringung eines Gegenmomentes am rückseitigen Endabschnitt 42 des Biegewandlers 37 oder an einer anderen gehäusefesten Struktur abstützt.
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Das Ventilgehäuse 2 besteht im Übrigen zweckmäßigerweise aus einem Kunststoffmaterial.
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Zur Übertragung der vom aktivierten Biegewandler generierten Kraft auf die Betätigungsfeder 54 ist zweckmäßigerweise ein zusätzliches Übertragungsglied 72 zwischen den Biegewandler 37 und die Betätigungsfeder 54 zwischengeschaltet. Dieses Übertragungsglied 72 sitzt an dem Antriebsabschnitt 38 und ist mit letzterem zweckmäßigerweise fest verbunden. Das Übertragungsglied 72 ist bevorzugt kugelförmig ausgebildet und mittels eines Klebstoffes 73 in einer den Antriebsabschnitt 38 durchsetzenden Aussparung 74 des Biegewandlers 37 befestigt.
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Das zusätzliche Übertragungsglied 72 ermöglicht es in vorteilhafter Weise, vorhandene Fertigungs- und Montagetoleranzen auszugleichen, so dass der Biegewandler 37 bei seiner Aktivierung keinerlei Leerhub ausführt.
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Das Übertragungsglied 72 wird eingebaut, nachdem zuvor alle anderen Komponenten installiert wurden und der Biegewandler 37 deaktiviert ist. Hierzu wird das Übertragungsglied 72 durch eine noch nicht verschlossene Wandöffnung 75 der ersten seitlichen Seitenwand 22a hindurch in die im Durchmesser entsprechend abgestimmte Aussparung 74 eingesetzt und soweit hindurchgeschoben, bis sie unter Bildung des Kontaktbereiches 63 lose und ohne Vorspannung an der Betätigungsfeder 54 anliegt. Im derart positioniertem Zustand wird ein bevorzugt durch ultraviolette Strahlung aushärtbarer Klebstoff auf das bevorzugt kugelige Übertragungsglied 72 dosiert, so dass sich der Klebstoff innerhalb weniger Sekunden über die gesamte Oberfläche des Übertragungsgliedes 72 und in den zwischen dem Übertragungsglied 72 und der Aussparung 74 vorhandenen Spalt verteilen kann. Anschließend wird mittels W-Strahlung der Klebstoff in Sekundenschnelle ausgehärtet. Jetzt ist das Übertragungsglied 72 fest mit dem Antriebsabschnitt 38 verbunden und liegt spielfrei an der Betätigungsfeder 54 an.
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Daran anschließend kann die Wandöffnung 75 mittels eines Verschlussdeckels 76 verschlossen werden.
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Das Einlegen des Übertragungsgliedes 72 in die Aussparung 74 bis zur Anlage an der Betätigungsfeder 54 geschieht zweckmäßigerweise bei einer dahingehenden räumlichen Ausrichtung des Ventilgehäuses 2, dass dessen erste seitliche Seitenwand 22a und mithin auch die noch unverschlossene Wandöffnung 75 nach oben weist. Das bevorzugt aus Stahl bestehende Übertragungsglied 72 legt sich dann allein aufgrund seiner Gewichtskraft und ohne Vorspannung an die Betätigungsfeder 54 an. Man kann das Übertragungsglied 72 auch magnetisiert ausbilden, so dass es sich selbst an die Betätigungsfeder 54 heranzieht und ungeachtet der beim Applizieren des Klebstoffes eventuell auftretenden Kapillarkräfte festgehalten wird.
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Der Ventilkörper 25 ist zweckmäßigerweise in einer im Innern des Ventilgehäuses 2 befindlichen Aufnahmekammer 77 angeordnet und dabei von an seiner Außenfläche anliegenden gehäusefesten ersten und zweiten Stützflächen 78a, 78b abgestützt und an Ort und Stelle fixiert. Bevorzugt wird die Aufnahmekammer 77 einerseits von einem Wandabschnitt des Ventilgehäuses 2 und andererseits von einem in das Ventilgehäuse 2 eingesetzten Stützelement 82 definiert.
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Exemplarisch verfügt das Ventilgehäuse 2 an der Innenfläche der ersten seitlichen Seitenwand 22a über eine erste muldenartige Vertiefung 83, die entsprechend der äußeren Formgebung der Unterseite des Ventilkörpers 25 konturiert ist und deren Wandfläche die erste Stützfläche 78a bildet. Das Stützelement 82 ist im Bereich der ersten muldenartigen Vertiefung 83 an die Innenfläche des Ventilgehäuses 2 angesetzt und verfügt an der Innenseite über eine die zweite Stützfläche 78b bildende zweite muldenartige Vertiefung 84. Letztere ist entsprechend der Oberseite des Ventilkörpers 25 ausgeformt.
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Die Montage erfolgt dergestalt, dass der Ventilkörper 25 bei zunächst noch entferntem Stützelement 82 in die erste muldenartige Vertiefung 83 eingelegt wird und dann das Stützelement 82 zur Vervollständigung der Aufnahmekammer 77 angesetzt wird. Hierdurch taucht der Ventilkörper 25 in beide muldenartigen Vertiefungen 83, 84 ein, wie dies gut in 3 und 4 illustriert ist.
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Fixiert wird das Stützelement 82 beim Ausführungsbeispiel mittels mehrerer nach unten ragender Befestigungszapfen 85, die beim Ansetzen des Stützelementes 82 in Gehäusebohrungen 86 des Gehäusehauptteils 18 eingesteckt werden, so dass sie auf der entgegengesetzten Seite wieder ein Stück herausragen und vernietet werden können. Die Zugänglichkeit für den Nietvorgang ist dadurch gewährleistet, dass die Gehäusebohrungen 86 im Bereich der Wandöffnung 75 ausmünden. Nach dem Anbringen des Verschlussdeckels 76 sind die Nietverbindungen abgedeckt. Ungeachtet der tatsächlich gewählten Befestigungsart ist es zweckmäßig, wenn das Stützelement 82 fest mit dem Ventilgehäuse verspannt ist, da die ersten und zweiten Stützflächen 78a, 78b die Kräfte aufnehmen müssen, mit denen die Ventilkörperwandung 26 durch den in dem Ventilkörper 28 herrschenden Innendruck an die Stützflächen 78a, 78b angepresst werden.
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Das Stützelement 82 ist im Bereich des Dichtabschnittes 35 durchbrochen, um die Einleitung der den Dichtabschnitt 35 bewegenden Stellkraft zu ermöglichen.
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Beim Ausführungsbeispiel wird die Durchbrechung mittels einer Führungsausnehmung 87 bewerkstelligt, in der das Stempelglied 59 in der Richtung der Steuerbewegung 36 beweglich geführt ist. Das in die Führungsausnehmung 78 eingelegte Stempelglied 59 liegt einerseits im Bereich des Dichtabschnittes 35 an der Außenfläche der Ventilkörperwandung 26 an und steht andererseits über die Außenfläche des Stützelementes 82 vor, wobei an diesem vorstehenden Abschnitt die Betätigungsfeder 54 mit ihrem Betätigungsabschnitt 58 anliegt.
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Durch die von den Randflächen der Führungsausnehmung 87 bewirkte seitliche Führung wird erreicht, dass das Stempelglied 59 den Ventilkörper 25 zielgerichtet im Bereich des Dichtabschnittes 35 beaufschlagt.
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Entsprechend der bevorzugt länglichen Gestaltung von Ventilsitz 34 und Dichtabschnitt 35 hat auch das Stempelglied 59 zweckmäßigerweise eine längliche Form. Beispielhaft hat das Stempelglied 59 eine kreiszylindrische Form. Dementsprechend kann die Führungsausnehmung 87 nach Art eines Langloches ausgebildet sein, das das Stützelement 82 durchsetzt.
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Aufgrund seiner Führungsfunktion kann das in das Ventilgehäuse 2 eingesetzte Stützelement 82 auch als Führungseinsatz bezeichnet werden.
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Die Aufnahmekammer 77 kann in ihrer Innenkontur so gestaltet sein, dass der eingelegte Ventilkörper 25 festgeklemmt ist.
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Die Ventilkammer 27 im Innern des Ventilkörpers 25 ist vorzugsweise so gestaltet, dass das zwischen den beiden Anschlussöffnungen 12, 13 überströmende Fluid beim Hindurchströmen durch die Ventilkörper 27 eine im Wesentlichen U-förmige Umlenkung erfährt. Vor allem aus 2 ist gut ersichtlich, dass der Ventilkörper 25 bevorzugt eine U-förmige Gestalt hat und einen dem Quersteg eines U entsprechenden Basisabschnitt 88 aufweist, von dem zwei den beiden U-Schenkeln entsprechende Schenkelabschnitte 89, 90 mit zueinander paralleler Ausrichtung in die gleiche Richtung weg-ragen. Die Anschlussöffnungen 12, 13 befinden sich an je einer Stirnseite der beiden Schenkelabschnitte 89, 90.
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Der Dichtabschnitt 35 befindet sich ebenso wie der Ventilsitz 34 an dem Basisabschnitt 88, wobei er wie der Ventilsitz 34 einen linearen Verlauf hat. Dichtabschnitt 35 und Ventilsitz 34 erstrecken sich zweckmäßigerweise parallel zu den Längsachsen 92 der beiden Schenkelabschnitte 89, 90 und befinden sich dabei insbesondere im breitenmittigen Bereich des Basisabschnittes 88.
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Bedingt durch die vorgenannte Gestaltung ergibt es sich, dass die beiden mit den Längsachsen 92 der Schenkelabschnitte 89, 90 zusammenfallenden Normalenrichtungen 93 der beiden Anschlussöffnungen 12, 13 rechtwinkelig zur Normalenrichtung 94 der Überströmöffnung 28 ausgerichtet sind.
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Der Ventilkörper 25 verfügt über eine Mittelebene 95, die sowohl die Öffnungsquerschnitte der Anschlussöffnungen 12, 13 als auch den Öffnungsquerschnitt der Überströmöffnung 28 rechtwinkelig schneidet. Bei installiertem Ventilkörper 25 verläuft die Mittelebene 95 parallel zu einer von der Längsachse 3 und der Hochachse 5 aufgespannten Ebene. Somit baut der Ventilkörper 25 relativ flach und kann platzsparend im Ventilgehäuse 2 untergebracht werden.
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Die Anschlussöffnungen 12, 13 sind dadurch von der Außenfläche 8 her zugänglich, dass das Ventilgehäuse 2 und das gegebenenfalls vorhandene Stützelement 82 in diesem Bereich über Aussparungen 96 verfügen, die in die Aufnahmekammer 77 einmünden. Im Bereich dieser Aussparungen 96 kommen bei installiertem Ventilkörper 25 die Anschlussöffnungen 12, 13 zu liegen.
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Am stirnseitigen Endbereich ist jeder Schenkelabschnitt 89, 90 zweckmäßigerweise mit einem die zugeordnete Anschlussöffnung 12, 13 umrahmenden Dichtungsring 97 versehen, der zweckmäßigerweise ein unmittelbarer, einstückiger Bestandteil des Ventilkörpers 25 ist. Die Dichtungsringe 97 dienen zum Abdichten des Übergangsbereiches zwischen der Montagefläche 8a und der Bestückungsfläche 16.
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Die Ventilkörperwandung 26 hat zweckmäßigerweise eine dahingehende Formgebung, dass die Überströmöffnung 28 auch schon im kräftemäßig noch nicht beaufschlagten Zustand des Ventilkörpers 25, als auch schon vor der Montage des Ventilkörpers 25 in der Aufnahmekammer 77, einen geringeren Querschnitt hat als die sich jeweils diesseits und jenseits anschließenden Bereiche des ersten und zweiten Kammerabschnittes 32, 33. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, vergrößert sich die Höhe der beiden Kammerabschnitte 32, 33 ausgehend von der Überströmöffnung 28 kontinuierlich mit zunehmendem Abstand von der Überströmöffnung 28. Auf diese Weise erfährt die Fluidströmung beim Durchtritt durch die Überströmöffnung 28 eine Beschleunigung, was eine Ablagerung von Verunreinigungen in diesem für die Dichtqualität maßgeblichen Bereich verhindert.
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Zweckmäßigerweise ist der Ventilkörper 25 auch außen so geformt, dass er im kräftemäßig nicht beaufschlagten Zustand im mittleren Bereich des Basisabschnittes 88 sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite eine rinnenähnliche Einbuchtung 98 aufweist. Auf diese Weise kann der Ventilkörper durchgängig mit einer sehr geringen Wandstärke ausgebildet werden, was sein Verformungsvermögen vorteilhaft unterstützt. Außerdem bewirkt die an der Oberseite angeordnete Einbuchtung 88 eine gewisse Zentrierung des dort anliegenden Stempelgliedes 59.
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Bedingt dadurch, dass die in der Quetschzone des Ventilkörpers 25 liegende Überströmöffnung 28 eine relativ große Länge hat, kann ihre in der Richtung der Steuerbewegung 36 gemessene Höhe relativ gering gehalten werden, so dass ohne Beeinträchtigung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittes ein nur geringer Hub erforderlich ist, um die Überströmöffnung 28 zu schließen oder maximal zu öffnen. Um eine Nennweite der Anschlussöffnungen 12, 13 von 0,8 mm zu ermöglichen, wird bei einer 5 mm betragenden Länge der Überströmöffnung 28 lediglich eine Spalthöhe von etwa 0,1 mm benötigt.
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Nebenbei bemerkt, ergibt sich durch die von dem Stempelglied 59 beabstandete Anordnung des Kontaktbereiches 63 auch eine Hubübersetzung dahingehend, dass der Hub des Betätigungsabschnittes 58 stets größer ist als der Hub des Antriebsabschnittes 38 des Biegewandlers 37.
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Wenn das Stempelglied 59 im Kontaktbereich zu dem lose an ihm anliegenden Betätigungsabschnitt 58 eine wie beim Ausführungsbeispiel ballige Querschnittskontur hat, ergibt sich der Vorteil, dass bei einer nur punktuellen Beaufschlagung, wie sie beim Ausführungsbeispiel durch den Kammbereich 67 verwirklicht ist, ein mögliches Verkippen des Stempelgliedes 59 bezüglich der Betätigungsfeder 54 in zwei Dimensionen toleriert wird.
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Die Innenkontur der Ventilkörper 27 lässt sich optimal formen, wenn der Ventilkörper 25 aus zwei ursprünglich getrennten Bestandteilen besteht, die nachträglich zusammengefügt wurden. In diesem Zusammenhang besteht der Ventilkörper 25 zweckmäßigerweise aus zwei Ventilkörperschalen 99a, 99b, die in einer Fügeebene 100 fluiddicht aneinandergesetzt sind. Die Fügeebene 100 entspricht beim Ausführungsbeispiel der oben erläuterten Mittelebene 95, so dass die eine Ventilkörperschale 99a den Dichtabschnitt 35 und die andere Ventilkörperschale 99b den Ventilsitz 34 aufweist.
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Die fluiddichte Verbindung zwischen den beiden Ventilkörperschalen 99a, 99b kann sich schon daraus ergeben, dass die Ventilkörperschalen 99a, 99b durch die auf sie einwirkenden Stützflächen 78a, 78b miteinander verspannt werden. Unabhängig davon ist es aber auch möglich, die beiden Komponenten in der Fügeebene 100 miteinander zu verkleben oder zu verschweißen. Bei allen Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft, wenn die Ventilkörperschalen 99a, 99b benachbart zur Fügeebene 100 einen nach außen vorstehenden Randabschnitt 91 aufweisen, so dass ohne Beeinträchtigung des Volumens der Ventilkörper 27 eine relativ große Kontaktfläche für das Zusammenfügen zur Verfügung steht.
