DE102012018277B4

DE102012018277B4 - Richtungsventil und Atemschutzprodukt mit einem Richtungsventil

Info

Publication number: DE102012018277B4
Application number: DE102012018277.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Rosert; Dennis LESKE; Harald Heyer; Thomas Pancur
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2032-09-15
Also published as: CN103656903B; CN103656903A; US9492691B2; DE102012018277A1; US20140076325A1

Abstract

Richtungsventil für ein Atemschutzprodukt mit- einem Ventilgehäuse (15) und einem Ventilsitz (1) zur Aufnahme einer flexiblen Ventilmembran (16), wobei der Ventilsitz (1) eine umlaufende und eben ausgebildete Dichtungsfläche (2) aufweist, die eine Öffnung (3) umgibt, welche von der Ventilmembran (16) während einer Einatemphase abdichtend abgedeckt wird,gekennzeichnet durch eineam Ventilgehäuse (15) angeordnete Fixierungsnase (13) zur Fixierung der Ventilmembran (16) im Ventilsitz (1) und zur Unterstützung der Abdichtung der Dichtungsfläche (2) durch die Ventilmembran (16) während der Einatemphase, wobei die Fixierungsnase (13) derart versetzt zum Mittelpunkt der Ventilmembran (16) angeordnet ist, dass sich in einer Ausatemphase die gesamte Umfangsfläche der Ventilmembran (16) von der Dichtungsfläche (2) abhebt und die Fixierungsnase (13) senkrecht zu einer durch die Öffnung (3) gebildeten Durchströmungsebene ausgerichtet ist und mit einem Gegenlager (25) innerhalb der Öffnung (3), welches gegenüberliegend zur Fixierungsnase (13) in der Weise angeordnet ist, dass die Ventilmembran (13) zwischen der Fixierungsnase (13) und dem Gegenlager (25) in einer festen Einspannung aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Richtungsventil und ein Atemschutzprodukt mit einem Richtungsventil.
Ein Atemschutzprodukt in Form einer Atemschutzmaske mit Anschlussöffnungen für Filter sowie einem Einatemventil und einem Ausatemventil ist aus der DE 40 17 336 C1 bekannt. Mittels eines Anschlussadapters, der in zwei Vorzugsstellungen an einer Halbmaske befestigt werden kann, können Atemschutzfilter an unterschiedlichen Stellen der Halbmaske angebracht werden. Mittels Richtungsventilen, die sowohl im Bereich der Atemschutzfilter als auch am Gasauslass der Atemschutzmaske angeordnet sind, wird der Gasfluss über die Atemschutzfilter in den Maskeninnenraum zum Maskenträger geleitet und während der Ausatemphase gelangt das Atemgas über ein Ausatemventil in die Umgebung. Die Richtungsventile bestehen aus einem Ventilsitz und einer auf dem Ventilsitz aufliegenden Ventilmembran, die mittig am Ventilsitz befestigt ist. Bei einer Gasströmung durch das Richtungsventil hebt die Ventilmembran vom Ventilsitz ab, so dass ein Gasfluss ermöglicht ist. Nachteilig bei der bekannten Ventilkonstruktion ist, dass der Strömungswiderstand relativ hoch ist, da aufgrund der mittigen Befestigung der Ventilmembran die Länge des durch den Gasstrom auslenkbaren Membranabschnittes durch den Durchmesser des Ventilsitzes begrenzt ist.
Es sind Richtungsventile für Atemmasken bekannt, die eine einseitig am Ventilsitz befestigte Ventilmembran aufweisen, welche sich klappenartig vom Ventilsitz abheben kann. Ein derartiges Richtungsventil geht beispielhaft aus der US 6 047 698 A hervor. Eine rechteckförmig zugeschnittene Ventilmembran liegt auf einem ebenen Ventilsitz auf und wird durch eine am Rand des Ventildeckels befestigten Fixierungsnase gegen den Ventilsitz gedrückt. Gegenüber einem Richtungsventil mit mittig befestigter Ventilmembran lässt sich mit dieser Ventilkonstruktion zwar ein deutlich geringerer Strömungswiderstand realisieren, jedoch ergeben sich aufgrund der einseitigen Befestigung der Ventilmembran höhere Leckagewerte und die Ventilmembran kann bei eventueller Kondensation von feuchter Ausatemluft an der Innenseite des Ventildeckels durch Adhäsionskräfte haften bleibt, wodurch sich der Schießvorgang des Richtungsventils verzögert oder dieser auch völlig unterbleiben kann.
Die DE 10 2011 113 716 A1 beschreibt ein Richtungsventil für eine Atemschutzmaske, bei dem eine außermittig zur Ventilmembran angeordnete Fixierungsnase vorgesehen ist. Die Ventilmembran kann in nachteiliger Weise im geöffneten Zustand bei starken Gasströmungen oder bei Stößen zum Rand verrutschen und dann keine Dichtfunktion mehr ausüben.
In der US 7,252,110 B2 wird ein Ventil beschrieben, bei dem eine Ventilmembran durch eine Rippe derart gehalten wird, dass die Ventilmembran sich buchartig öffnet. Dabei werden beim Öffnen des Ventils die peripheren am weitesten von der Rippe angeordneten Abschnitte der Ventilmembran angehoben. Allerdings verbleibt ein Abschnitt der Ventilmembran, der nicht von der Dichtfläche angehoben wird, so dass der Strömungswiderstand sehr hoch ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Richtungsventil hinsichtlich seiner funktionellen Eigenschaften zu verbessern und ein Atemschutzprodukt mit einem entsprechenden Richtungsventil anzugeben. Insbesondere soll eine hohe Dichtigkeit des Ventils auch dann sichergestellt sein, wenn es mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Richtungsventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Außerdem wird diese Aufgabe durch ein Atemschutzprodukt mit einem Richtungsventil gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 9 aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer geringfügig außermittigen Fixierung der Ventilmembran der Strömungswiderstand deutlich abfällt. Für den Fall einer runden, außermittig fixierten Ventilmembran beträgt der Strömungswiderstand bis zu einem Gasfluss von etwa 80 L/min nur etwa 60% des Wertes einer mittig befestigten Ventilmembran. Die Ventilmembran ist bevorzugt kreisförmig ausgeführt, sie kann aber auch oval, elliptisch, quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet sein. Bei einer kreisförmig ausgebildeten Ventilmembran ist die Achsenlänge der Durchmesser D der Ventilmembran. Unter der Achsenlänge der größten Längserstreckung ist für den Fall einer elliptischen Ventilmembran die Länge der Hauptachse zu verstehen. Erfindungsgemäß wird die Ventilmembran durch eine Fixierungsnase an einem Gegenlager fixiert, welches sich innerhalb einer durch den Ventilsitz begrenzten Öffnung befindet. Die Fixierungsnase ist am Ventilgehäuse angeordnet, bevorzugt an einem Ventildeckel des aus Ventildeckel und Ventilsitz bestehenden Ventilgehäuses. Die Abmessungen der Fixierungsnase sind so bemessen, dass die Fixierungsnase die Ventilmembran gegen das Gegenlager drückt. Dabei ist die Ventilmembran zwischen der Fixierungsnase und dem Gegenlager in Form einer festen Einspannung aufgenommen, so dass die Ventilmembran bei nicht durchströmtem Ventil an der Dichtfläche des Ventilsitzes anliegt. Vorzugsweise ist die Fixierungsnase Y-förmig ausgebildet und weist mehrere Fixierungspunkte auf. Durch diese Gestaltung kann auch eine Wölbung der Ventilmembran erreicht werden, so dass die Ventilmembran mit einer Vorspannung an der Dichtfläche anliegt und eine gute Abdichtung gewährleistet ist. Bevorzugt ist aber die Ventilmembran zwischen der Fixierungsnase und dem Gegenlager punktförmig fixiert, auf einer Fläche kleiner 2 mm². Bei der erfindungsgemäßen, außermittigen Befestigung der Ventilmembran ergibt sich außerdem der Vorteil, dass Haftungseffekte der Ventilmembran am Ventildeckel infolge von auskondensierter Feuchtigkeit deutlich reduziert sind, da der Hub der frei beweglichen Fläche der Ventilmembran bei einer leicht außermittigen Fixierung deutlich kleiner ist als bei einer Fixierung am Rand. Die außermittige Fixierung liegt in einem Bereich zwischen 8% und 15% der Achsenlänge D der größten Längserstreckung der Ventilmembran. Da sich die Ventilmembran beidseits der Fixierungsnase frei bewegen kann, steht die gesamte, innerhalb der Dichtungsfläche liegende Öffnung für die Gasdurchströmung zur Verfügung. Mit der erfindungsgemäßen, außermittigen Befestigung der Ventilmembran zwischen der Fixierungsnase und dem Gegenlager wird sowohl eine mechanisch stabile Befestigung der Ventilmembran in der Nähe des Membranmittelpunktes als auch ein gegenüber der mittigen Befestigung reduzierter Strömungswiderstand erreicht. Das Gegenlager ist bevorzugt an einer elastisch verformbaren Querstrebe befestigt, so dass die Ventilmembran durch Klemmwirkung zwischen der Fixierungsnase und dem Gegenlager gehalten wird. Das Gegenlager, beziehungsweise die Querstrebe, an dem das Gegenlager befestigt ist, sind innerhalb der Öffnung an einem Ventilkreuz befestigt. Das Ventilkreuz kann von der Materialstärke und Festigkeit so ausgeführt werden, dass es im Wesentlichen nur geringfügig verformbar ist. Durch die Federwirkung der am Ventilkreuz befestigten Querstrebe wird die Vorspannung des Gegenlagers gegenüber der Fixierungsnase erzeugt, mit der die Ventilscheibe festgespannt wird. Durch die Einspannung der Ventilscheibe zwischen der Fixierungsnase und dem Gegenlager wird erreicht, dass diese auch bei starker mechanischen Belastung, zum Beispiel durch Stoß oder heftiges Ausatmen, nicht zum Rand hin verrutschen kann und daher Undichtigkeiten vermieden werden.
Atemschutzprodukte mit dem erfindungsgemäßen Richtungsventil sind Halbmasken, Vollmasken oder filtrierende Halbmasken. Aber auch Schutzhauben können mit dem Richtungsventil ausgestattet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Ventilsitz,
2 ein Richtungsventil im Längsschnitt,

1 zeigt einen Ventilsitz 1 mit einer ebenen Dichtungsfläche 2, die eine vom Gas durchströmte Öffnung 3 umgibt. Die Öffnung 3 wird durch ein Ventilkreuz 4 in vier Sektoren unterteilt. Um die Dichtungsfläche 2 herum befindet sich ein hochstehender Rand 5, der stückweise unterbrochen ist und eine in der 1 nicht dargestellte Ventilmembran aufnimmt. Der hochstehende Rand 5 dient dazu, die Ventilmembran gegenüber der Dichtungsfläche 2 zu zentrieren. An der Außenseite des Randes 5 befinden sich ein Zentriervorsprung 6 und ein umlaufender Wulst 7. Die Unterseite 8 des Ventilsitzes 1 ist mit einer in der Figur nicht dargestellten Filtermaske verbunden. Die Stege des Ventilkreuzes 4 kreuzen sich in einem Mittelpunkt 9. An einer Querstrebe 24, die zwischen zwei Armen des Ventilkreuzes 4 befestigt ist, befindet sich ein Gegenlager 25. Bei einer kreisförmig ausgeführten Ventilmembran fällt der Mittelpunkt 9 des Ventilkreuzes 4 mit dem Flächenmittelpunkt der Ventilmembran zusammen.
2 zeigt ein Richtungsventil 20 im Längsschnitt und ausschnittsweise ein Atemschutzprodukt in Form einer Atemschutzmaske 23. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 1 bezeichnet. Eine Fixierungsnase 13 ist an der Innenseite eines Ventildeckels 10 derart befestigt, dass sich gegenüber dem Mittelpunkt 9, zwischen „A“ und „C“ ein Versatz x ergibt. Bezogen auf den Durchmesser D der Ventilmembran 16 liegt das Verhältnis x / D in einem Bereich zwischen 8% und 15%. Die Positionierung der Fixierungsnase 13 in der Nähe des Mittelpunktes 9 führt dazu, dass sich die Ventilmembran 16 beidseits der Fixierungsnase 13 bei der Gasdurchströmung von der Dichtungsfläche 2 abhebt. „B“ veranschaulicht dabei den zum Ventilkreuz 4 hin gerichteten Rand der Dichtungsfläche 2, welcher die Öffnung 3 begrenzt.
Der Ventildeckel 10 ist in einer Vorzugsstellung auf dem Ventilsitz 1 befestigt und der Ventildeckel 10 besitzt hierzu eine Zentriernut 11, die korrespondierend zum Zentriervorsprung 6 ausgeführt ist. Zur mechanischen Fixierung sind eine umlaufende Nut 12 am Ventildeckel 10 und ein korrespondierend dazu ausgebildeter Wulst 7 am Ventilsitz 1 vorgesehen. Der Ventildeckel 10 besitzt außerdem Ausströmöffnungen 14.
Der Ventilsitz 1 und der Ventildeckel 10 bilden zusammen ein Ventilgehäuse 15. Das Richtungsventil 20 wird durch das Ventilgehäuse 15 mit eingelegter Ventilmembran 16 gebildet. Die Ventilmembran 16 wird dabei zwischen der Fixierungsnase 13 und dem Gegenlager 25 eingespannt. Hierdurch wird erreicht, dass die Ventilscheibe 16 auch bei starker mechanischer Beanspruchung gehalten wird und daher Undichtigkeiten vermieden werden.
Das Richtungsventil 20 ist als Ausatemventil an der Unterseite 8 des Ventilsitzes 1 mit einer Filtermaske 22 verbunden. Die Filtermaske 22 und das Richtungsventil 20 bilden zusammen eine Atemschutzmaske 23.
Bezugszeichenliste

1: Ventilsitz
2: Dichtungsfläche
3: Öffnung
4: Ventilkreuz
5: hochstehender Rand
6: Zentriervorsprung
7: Wulst
8: Unterseite
9: Mittelpunkt
10: Ventildeckel
11: Zentriernut
12: umlaufende Nut
13: Fixierungsnase
14: Ausströmöffnungen
15: Ventilgehäuse
16: Ventilmembran
20: Richtungsventil
22: Filtermaske
23: Atemschutzmaske
24: Querstrebe
25: Gegenlager

Claims

Richtungsventil für ein Atemschutzprodukt mit - einem Ventilgehäuse (15) und einem Ventilsitz (1) zur Aufnahme einer flexiblen Ventilmembran (16), wobei der Ventilsitz (1) eine umlaufende und eben ausgebildete Dichtungsfläche (2) aufweist, die eine Öffnung (3) umgibt, welche von der Ventilmembran (16) während einer Einatemphase abdichtend abgedeckt wird, gekennzeichnet durch eine am Ventilgehäuse (15) angeordnete Fixierungsnase (13) zur Fixierung der Ventilmembran (16) im Ventilsitz (1) und zur Unterstützung der Abdichtung der Dichtungsfläche (2) durch die Ventilmembran (16) während der Einatemphase, wobei die Fixierungsnase (13) derart versetzt zum Mittelpunkt der Ventilmembran (16) angeordnet ist, dass sich in einer Ausatemphase die gesamte Umfangsfläche der Ventilmembran (16) von der Dichtungsfläche (2) abhebt und die Fixierungsnase (13) senkrecht zu einer durch die Öffnung (3) gebildeten Durchströmungsebene ausgerichtet ist und mit einem Gegenlager (25) innerhalb der Öffnung (3), welches gegenüberliegend zur Fixierungsnase (13) in der Weise angeordnet ist, dass die Ventilmembran (13) zwischen der Fixierungsnase (13) und dem Gegenlager (25) in einer festen Einspannung aufgenommen ist.
Richtungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (25) an einer innerhalb der Öffnung (3) angeordneten Querstrebe (24) befestigt ist.
Richtungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung der Ventilmembran (16) durch Klemmwirkung zwischen der Fixierungsnase (13) und dem Gegenlager (25) vorgenommen ist.
Richtungsventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (24) an einem innerhalb der Öffnung (3) angeordneten Ventilkreuz (4) befestigt ist.
Richtungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsnase (13) gegenüber dem Mittelpunkt der Ventilmembran (16) einen Versatz x aufweist, welcher in einem Bereich zwischen 8% und 15%, bezogen auf die Achsenlänge (D) der größten Längserstreckung der Ventilmembran (16), liegt.
Richtungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Fixierungsnase (13) bezogen auf ihren Querschnitt Y-förmig ausgebildet ist.
Richtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsnase (13) mehrere Fixierungspunkte gegenüber dem Gegenlager (25) aufweist.
Richtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmembran (16) kreisförmig ausgebildet ist und die Achsenlänge (D) dem Durchmesser der Ventilmembran (16) entspricht.
Atemschutzprodukt mit einem Richtungsventil, welches ein Ventilgehäuse (15) und einem Ventilsitz (1) zur Aufnahme einer flexiblen Ventilmembran (16) aufweist, wobei der Ventilsitz (1) eine umlaufende und eben ausgebildete Dichtungsfläche (2) besitzt, die eine Öffnung (3) umgibt, welche von der Ventilmembran (16) während einer Einatemphase abdichtend abgedeckt wird, gekennzeichnet durch eine am Ventilgehäuse (15) angeordnete Fixierungsnase (13) zur Fixierung der Ventilmembran (16) im Ventilsitz (1) und zur Unterstützung der Abdichtung der Dichtungsfläche (2) durch die Ventilmembran (16) während der Einatemphase, wobei die Fixierungsnase (13) derart versetzt zum Mittelpunkt der Ventilmembran (16) angeordnet ist, dass sich in einer Ausatemphase die gesamte Umfangsfläche der Ventilmembran (16) von der Dichtungsfläche (2) abhebt und die Fixierungsnase (13) senkrecht zu einer durch die Öffnung (3) gebildeten Durchströmungsebene ausgerichtet ist und mit einem Gegenlager (25) innerhalb der Öffnung (3), welches gegenüberliegend zur Fixierungsnase (13) in der Weise angeordnet ist, dass die Ventilmembran (13) zwischen der Fixierungsnase (13) und dem Gegenlager (25) in einer festen Einspannung aufgenommen ist.
Atemschutzprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager (25) an einer innerhalb der Öffnung (3) angeordneten Querstrebe (24) befestigt ist.
Atemschutzprodukt nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung der Ventilmembran (16) durch Klemmwirkung zwischen der Fixierungsnase (13) und dem Gegenlager (25) vorgenommen ist.
Atemschutzprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrebe (24) an einem innerhalb der Öffnung (3) angeordneten Ventilkreuz (4) befestigt ist.
Atemschutzprodukt nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsnase (13) gegenüber dem Mittelpunkt der Ventilmembran (16) einen Versatz x aufweist, welcher in einem Bereich zwischen 8% und 15%, bezogen auf die Achsenlänge (D) der größten Längserstreckung der Ventilmembran (16), liegt.
Atemschutzprodukt nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das die Fixierungsnase (13) bezogen auf ihren Querschnitt Y-förmig ausgebildet ist.
Atemschutzprodukt nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierungsnase (13) mehrere Fixierungspunkte gegenüber dem Gegenlager (25) aufweist.
Atemschutzprodukt nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmembran (16) kreisförmig ausgebildet ist und die Achsenlänge (D) dem Durchmesser der Ventilmembran (16) entspricht.