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Die Erfindung betrifft ein Ventil und insbesondere ein Rückschlagventil.
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Bei Rückschlagventilen handelt es sich um Funktionsbauteile, die in einer Vielzahl von hydraulischen oder pneumatischen Systemen zum Einsatz kommen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Strömung eines Fluids durch ein hydraulisches oder pneumatisches System in eine Richtung zu lassen und in der Gegenrichtung sperren, wobei das Umschalten zwischen geöffneter und geschlossener Stellung aufgrund einer Strömungsrichtungsumkehr des Fluids erfolgt.
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Weit verbreitet sind Rückschlagventile mit einem Ventilkörper in Form einer Kugel, die in einem Ventilkäfig gehalten ist und bei einer Strömung des Fluids in Sperrrichtung, gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Dadurch schließt das Rückschlagventil und eine (weitere) Rückströmung des Fluids wird verhindert.
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Ein Problem bekannter Rückschlagventile liegt darin, dass diese auch im geöffneten Zustand den Strömungsquerschnitt erheblich verringern und dadurch – wie eine Drossel – einen Druckverlust im hydraulischen oder pneumatischen System bewirken.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Rückschlagventil anzugeben. Insbesondere sollte ein Rückschlagventil angegeben werden, das einen nur relativ geringen Druckverlust bewirkt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ventil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventils sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanken zugrunde, die Drosselwirkung eines gattungsgemäßen Ventils dadurch zu reduzieren, dass das Volumen des Ventilkörpers im geöffneten Zustand des Ventils möglichst klein ist. Die Sperrwirkung des Ventilkörpers zum Verschließen des Ventils soll dagegen durch eine Vergrößerung des Volumens des Ventilkörpers erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, ein gattungsgemäßes Ventil mit einem Gehäuse, das auf seiner Gehäuseinnenseite einen Strömungsweg ausbildet, und einem Ventilkörper, der in einem Ventilkörperabschnitt des Gehäuses angeordnet ist und den Strömungsweg in einer Strömungsrichtung eines durch das Rückschlagventil strömenden Fluids zumindest teilweise freigibt und der den Strömungsweg in einer der Strömungsrichtung entgegengesetzten Sperrrichtung (vorzugsweise vollständig) verschließt, erfindungsgemäß dadurch weiterzubilden, dass das Volumen des Ventilkörpers in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Fluids (Strömungsrichtung, Sperrrichtung) veränderbar ist, wodurch der Strömungsquerschnitt in dem Gehäuse (zumindest teilweise) freigegeben oder (vorzugsweise vollständig) verschlossen wird.
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Das Verändern des Volumens des Ventilkörpers erfolgt vorzugsweise passiv, d. h. als eine direkte Folge der unterschiedlichen Strömungsrichtungen des Fluids bzw. der diese hervorrufenden Druckunterschiede auf den beiden Seiten des Ventilkörpers. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das Fluid bei einer beginnenden Rückströmung in Sperrrichtung des Ventils in den Ventilkörper strömt und dessen Volumen vergrößert („aufbläht”).
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Veränderung des Volumens des Ventilkörpers aktiv vorzunehmen, indem dieser beispielsweise mittels eines anderen (als das durch das Ventil strömende) Fluids mehr oder weniger befüllt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper eine Membran umfasst, die eine in Strömungsrichtung geöffnete und in Sperrrichtung verschlossene Tasche ausbildet, wobei die Tasche bei einer Strömung des Fluids in Strömungsrichtung zusammen gedrückt, d. h. abgeflacht wird und wobei die Tasche in Folge einer Strömung des Fluids in Sperrrichtung aufgebläht wird, wodurch diese dann den Strömungsquerschnitt des Gehäuses in dem Ventilkörperabschnitt verkleinert.
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Durch die Ausbildung des Ventilkörpers in Form einer solchen Tasche kann erreicht werden, dass dieser bei einer Strömung des Fluids in Strömungsrichtung ein äußerst kleines Volumen mit einem entsprechend geringen Strömungswiderstand aufweist. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit, die Tasche bei einer Strömung des Fluids in Sperrrichtung so weit aufzublähen, dass diese den Strömungsquerschnitt vorzugsweise vollständig verschließt.
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Die Membran kann beispielsweise auf einfache Weise in einen Schlauch eines hydraulischen oder pneumatischen System eingebracht, z. B. eingewebt werden. Der Schlauch selbst bzw. ein Abschnitt davon bildet dann das Gehäuse des Ventils aus.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Membran nur eine (einzelne) Tasche ausbildet, die den Strömungsquerschnitt infolge einer anfänglichen Strömung des Fluids in Sperrrichtung vollständig verschließt. Ebenso besteht die Möglichkeit, zur Ausbildung des Ventilkörpers mehrere Taschen (mittels einer oder mehreren Membranen) auszubilden, die den Strömungsquerschnitt jeweils nur teilweise, gemeinsam jedoch vollständig verschließen.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, in dem Ventil mehrere erfindungsgemäße Ventilkörper vorzusehen, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Jeder dieser Ventilkörper kann eine oder mehrere Membranen aufweisen, die jeweils eine oder mehrere Taschen ausbilden. Durch die Anordnung mehrerer Ventilkörper hintereinander kann die Dichtwirkung des Rückschlagventils gegebenenfalls verbessert werden.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Membran die Tasche ausbildet, indem diese drei Kanten aufweist, die eine dreieckige Fläche ausbilden, wobei zwei der drei Kanten mit der Gehäuseinnenseite verbunden sind. Eine der Kanten ist somit eine freie Kante, die nicht mit der Gehäuseinnenseite verbunden ist und dadurch die Veränderung des Taschenvolumens ermöglicht, indem sich diese bzw. die gesamte Membran bei einer Strömung des Fluids in Strömungsrichtung flach an denjenigen Umfangsabschnitt der Gehäuseinnenseite anlegt, an dem die zwei anderen Kanten mit dem Gehäuse verbunden sind, während die freie Kante durch ein Befüllen der Tasche mit dem (zunächst) in Sperrrichtung strömendes Fluid in Richtung des diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitt bewegt wird (ggf. bis diese dort anliegt) und dadurch den Strömungsquerschnitt des Ventils verkleinert bzw. verschließt.
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Um mit einer derartigen Membran ein vollständiges Verschließen des Ventils in Sperrrichtung zu erreichen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Ecken, die die beiden mit der Gehäuseinnenseite verbundenen Kanten mit der freien Kante ausbilden, sich in dem Gehäuse diametral gegenüberliegen und dass die Länge der freien Kante zumindest die Hälfte des Umfangs der Gehäuseinnenseite (in dem die freie Kante umgebenden Abschnitt) beträgt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil in der geöffneten Stellung in einer Seitenansicht;
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2: das Rückschlagventil gemäß 1 in einer Vorderansicht;
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3: das Rückschlagventil gemäß den 1 und 2 in der geschlossenen Stellung in einer Seitenansicht; und
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4: das Rückschlagventil gemäß der 3 in einer Vorderansicht.
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Die 1 bis 4 zeigen in vereinfachten Darstellungen ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil. Das Rückschlagventil weist zwei Ventilstellungen auf, nämlich eine geöffnete Stellung, bei der ein Fluid in einer Strömungsrichtung ein möglichst ungehindert durch dieses hindurch strömt (vgl. 1 und 2), und eine geschlossene Stellung, bei der eine Strömung des Fluids in einer der Strömungsrichtung entgegengesetzten Sperrrichtung möglichst vollständig verhindert werden soll (vgl. 3 und 4).
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Das Rückschlagventil umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 10, das einen Strömungsweg für das Fluid definiert. In einem Abschnitt der Gehäuseinnenseite ist eine dreieckige Membran 12 (kreuzschraffiert dargestellt) vorgesehen. Diese bildet drei Kanten aus, von denen zwei mit der Gehäuseinnenseite fest verbunden sind („verbundene” Kanten 14). Die dritte („freie”) Kante 16 ist dagegen nicht mit der Gehäuseinnenseite verbunden. Die beiden Ecken, die die verbundenen Kanten 14 mit der freien Kante 16 ausbilden, liegen sich in dem Gehäuse 10 diametral gegenüber. Von dort konvergieren die beiden verbundenen Kanten 14 mit demselben Neigungswinkel bezüglich einer Längsachse 18 des Gehäuses 1 entlang der Gehäuseinnenseite, bis diese in der gemeinsamen, in Richtung eines Einlasses 20 des Gehäuses 10 weisenden Ecke zusammenlaufen. Die länge der freien Kante 16 beträgt etwas mehr als die Hälfte des Umfangs der Gehäuseinnenseite in diesem Abschnitt des Gehäuses 10. Die Membran 12 bildet dadurch eine Tasche aus, die in Strömungsrichtung (d. h. auf der Seite eines Auslasses 22 des Gehäuses 10) offen und in Sperrrichtung (d. h. auf der Seite des Einlasses 20) geschlossen ist.
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Bei einer Strömung des Fluids in Strömungsrichtung durch das Gehäuse 10 wird die Membran 12 in Folge des dabei auf die Membranfläche ausgeübten Drucks gegen diejenige Seite der Gehäuseinnenseite gedrückt, auf der auch die verbundenen Kanten 14 verlaufen (vgl. 2). Dabei wird sich ggf. in der Tasche befindliches Fluid aus dieser herausgedrückt, so dass die Membran 12 weitgehend vollflächig an der Gehäuseinnenseite anliegt. Das Volumen der von der Membran 12 ausgebildeten Tasche ist dann minimal und als Folge davon der Strömungsquerschnitt durch das Rückschlagventil möglichst groß.
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Beginnt hingegen aufgrund eines Druckwechsels in dem hydraulischen oder pneumatischen System, in das das Rückschlagventil integriert ist, ein Rückströmen des Fluids in Sperrrichtung (d. h. von dem Auslass 22 in Richtung des Einlasses 20), sammelt sich das Fluid in der von der Membran 12 ausgebildeten Tasche und bläht diese dadurch auf. Die freie Kante 16 bewegt sich dabei von derjenigen Seite, auf der diese in der geöffneten Stellung des Rückschlagventils gegen die Gehäuseinnenseite gedrückt war, auf die gegenüberliegende Seite, bis diese dort anliegt. Die Membran 12 verläuft dann in einer Schrägstellung innerhalb des Gehäuses 10 und bildet dabei den Mantel eines halben Kegels (Schnittfläche entlang der Längsachse des Kegels) aus, der den Strömungsquerschnitt durch das Rückschlagventil vollständig verschließt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Membran
- 14
- verbundene Kante
- 16
- freie Kante
- 18
- Längsachse
- 20
- Einlass
- 22
- Auslass
