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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Steuerung des Durchflusses in einer Strömungsleitung durch Verformung bzw. Deformation eines vorzugsweise elastischen Leitungsabschnitts durch Anwendung eines Druckmittels auf den Leitungsabschnitt.
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Auf vielen Gebieten der Technik muss der Durchfluss fließfähiger Substanzen gesteuert werden. Dazu dienen in der Regel geeignete Pumpensysteme, Ventile, und dergleichen. In sensiblen Bereichen, etwa beim Transport von kritischen Substanzen, ist der Kontakt der Substanz mit mechanisch bewegten Komponenten, insbesondere von bewegten Komponenten einer Pumpe, aufgrund möglicher Beeinträchtigungen durch Abrieb, Verwirbelungen, etc., die die Qualität der fließenden Substanz beeinflussen können, nicht erwünscht. Als Beispiel einer empfindlichen Substanz sei etwa Milch genannt, deren Transport in einem Leitungssystem einen erheblichen Einfluss auf die letztlich erreichte Qualität der Milch ausüben kann. Beispielsweise können zu hohe Fließgeschwindigkeiten, Verwirbelungen, der Kontakt mit nicht-edlen Metallen, oder anderen Materialien, die nicht lebensmittelbeständig sind, einen erheblichen Einfluss auf Geschmack, Konsistenz und andere Eigenschaften der Milch nehmen, so dass unter Umständen die weitere Verarbeitbarkeit der Milch für hoch qualifizierte Produkte nicht mehr gegeben ist.
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Für den Transport in Leitungssystemen derartiger empfindlicher fließender Substanzen, etwa von Milch, werden daher seit langem zum Steuern des Durchflusses Pumpeinrichtungen verwendet, die üblicherweise auch als Schlauchpumpen bezeichnet sind und deren Funktion darauf beruht, dass ein elastisch verformbarer Leitungsabschnitt, beispielsweise in Form eines Schlauches, und dergleichen, durch Einwirkung von Druckmitteln, etwa mechanischen Komponenten, Druckluft, und dergleichen, regelmäßig oder bei Bedarf deformiert und anschließend wieder in seine ursprüngliche Form zurückgebracht wird. Durch diese elastische Deformation oder Verformung verändert sich bei im Wesentlichen gleich bleibender Umfangslänge des Leitungsabschnitts die Querschnittsfläche des Strömungskanals ganz erheblich, so dass damit eine Verdrängung der fließbaren Substanz erreicht wird. Durch den Einsatz von Ventileinrichtungen kann daher eine gewünschte Strömungsrichtung in dem verformbaren Leitungsabschnitt eingerichtet werden. Bei Bedarf können auch die Ventileinrichtungen selbst als sogenannte Quetschventile vorgesehen werden, in denen ebenfalls der Strömungskanal durch elastische Verformung eines entsprechenden Leistungsabschnitts mehr oder minder verengt oder vollständig abgeschnitten wird. Auf diese Weise wird ein Kontakt der fließenden Substanz mit äußeren Komponenten, beispielsweise den bewegten Komponenten einer Pumpe, und dergleichen, vollständig vermieden. Lediglich die ohnehin verwendete Innenwand der Leitung in dem verformbaren Leitungsabschnitt ist mit der fließenden Substanz in Kontakt.
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Mit Bezug zu 1a bis 1d wird nunmehr ein bekanntes Pumpensystem beschrieben, das insbesondere vorteilhafter Weise für den Transport von Milch, beispielsweise von einer Milchabgabestelle zu einem Milchsammelbehälter, verwendet werden soll.
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1a zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Pumpe 180, die auch als Schlauchpumpe bezeichnet werden soll, die Teil eines Leitungssystems 190 ist, in welchem eine fließbare Substanz, etwa Milch, in einer durch die Pfeile 191 vorgegebenen Richtung transportiert wird. Der Einfachheit halber ist das Leitungssystem 190 nicht weiter detailliert beschrieben, kann jedoch aus geeigneten Rohren, Schläuchen, etc., bestehen, die von einer Abgabestelle, beispielsweise vom Sammelbehälter eines Melkgeräts, zu einem größeren Sammelbehälter führen, etwa einem gekühlten Milchtank, und dergleichen. Die Pumpe 180 ist Teil des Leitungssystems 190 und dient dazu, den Transport der Milch oder einer anderen fließbaren Substanz in gesteuerter Weise durchzuführen. D. h., die Pumpe 180 ermöglicht eine gesteuerte Einstellung des Durchflusses der Substanz im Leitungssystem 190, wobei zu beachten ist, dass der Durchfluss zeitlich stark schwankend sein kann je nach Aufbau und Betriebsart der Pumpe 180. Dennoch findet eine gesteuerte Einstellung des Durchflusses im längeren zeitlichen Mittel statt.
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Die Pumpe 180 enthält eine Druckkammer 181, in der ein verformbarer Leitungsabschnitt 100 angeordnet ist, der in der Druckkammer 181 mit einem geeigneten Druckmittel beaufschlagt werden kann, um damit eine elastische Verformung zumindest eines wesentlichen Teils des verformbaren Strömungsabschnitts 100 zu veranlassen. Der verformbare Strömungsabschnitt 100 ist dazu aus einem geeigneten Material aufgebaut, das einerseits eine häufige elastische Verformung der Kontur des Abschnitts 100 ermöglicht, so dass eine Querschnittsfläche eines sich durch den Abschnitt 100 erstreckenden Strömungskanals bei Verformung entsprechend reduziert werden kann. Andererseits ist das Material des verformbaren Leitungsabschnitts 100 so ausgewählt, dass es die erforderliche Beständigkeit und Integrität aufweist, um eine Einflussaufnahme auf die Qualität der fließenden Substanz, etwa der Milch, zumindest innerhalb der vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Richtlinien zu verhindern. Es sollte beachtet werden, dass in 1a weitere Einzelheiten, beispielsweise Ventileinrichtungen, Flansche zur Ankopplung des verformbaren Leitungsabschnitts 100 an die Fluidleitung 190, und dergleichen, nicht gezeigt sind. Ferner ist in 1a die Pumpe 180 mit einer im Wesentlichen ovalen Querschnittsform gezeigt, die an die ovale Querschnittsform des verformbaren Leitungsabschnitts 100 angepasst ist, die diese ovale Querschnittsform besitzt, um damit das Verformungsverhalten bei Beaufschlagung mittels eines Druckmittels und somit die dadurch entstehende Verformungslinie bzw. Biegekante im Wesentlichen festzulegen.
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1b zeigt schematisch eine Schnittsansicht der Pumpe 180 entlang der in 1a gezeigten Schnittlinie A. Wie gezeigt, umfasst die Pumpe 180 ein Gehäuse aus einem beliebigen geeigneten Material, um damit die Druckkammer 181 zu bilden. Zur Zuleitung eines geeigneten Druckmittels, etwa Druckluft, oder dergleichen, ist ein Anschlussstutzen 182 vorgesehen, der zum Anschluss an eine Druckquelle, beispielsweise mittels eines Schlauchs, ausgebildet ist. Ferner sind in der Druckkammer geeignete Positionier- und Distanzeinsätze 183 vorgesehen, beispielsweise in Form zweier Schalenhälften, und dergleichen, die einerseits das Volumen innerhalb der Druckkammer 181 deutlich verringern, so dass das Volumen an benötigten Druckmitteln zur Verformung des Leitungsabschnitts 100 verringert wird. Ferner können die Komponenten 183 auch in geeigneter Weise zur mechanischen Stabilisierung und Fixierung des Leitungsabschnitts 100 in der Druckkammer 181 verwendet werden. Die Komponenten 183 sind dabei jedoch so gestaltet, dass zumindest in einer Ebene eine Vergrößerung der Abmessung des Abschnitts 100 in dieser Ebene bei Beaufschlagung mittels des Druckmittels möglich ist.
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Ferner umfasst die Pumpe 180 geeignete Komponenten 184a und 184b, die hier auch allgemein als Flansche bezeichnet werden und zur Aufnahme und mechanischen Fixierung von Endteilen 101a bzw. 101b des verformbaren Leitungsabschnitts 100 dienen. D. h., die Flansche 184a, 184b nehmen einen Teil der Endteile 101a, 101b so auf, dass sowohl die mechanische Fixierung als auch eine Abdichtung eines Strömungskanals 110 des Abschnittes 100 zu der Druckkammer 181 hin gewährleistet ist. Zu beachten ist, dass die Flansche 184a, 184b nur in sehr vereinfachter und schematischer Form gezeichnet sind und jede geeignete Konfiguration annehmen können, um den Abschnitt 100 und damit den Strömungskanal 110 reversibel an einen Strömungsleitungsanschluss 185a bzw. 185b anzukoppeln, die wiederum eine Verbindung zu dem in 1a gezeigten Leitungssystem 190 herstellen. Insbesondere ist zu beachten, dass typischerweise geeignete Befestigungsmittel an den Flanschen 184a, 184b vorgesehen sind, die zur Aufnahme und zum Befestigen der Endbereiche 101a, 101b bei Montage und Demontage des Leitungsabschnitts 100 dienen. Der Einfachheit halber sind derartige Befestigungsmittel nicht gezeigt. Ferner ist zu beachten, dass typischerweise in den Anschlüssen 185a, 185b geeignete Ventileinrichtungen, etwa in Form von Rückschlagventilen, vorgesehen sind, um damit die gewünschte Strömungsrichtung 191 bei Betrieb der Pumpe 180 festzulegen. Zum Beispiel können entsprechende Ventileinrichtungen mittels einer Kugel und entsprechenden Dichtungsmitteln implementiert werden oder es können entsprechende Klappen aus einem geeigneten Material vorgesehen werden.
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1c zeigt schematisch eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B, die in 1a dargestellt ist. Die Pumpe 180 ist dabei in einer Arbeitsphase gezeigt, in der der Leitungsabschnitt 100 in seiner nicht-deformierten Konfiguration gezeigt ist. D. h., in der in 1c gezeigten Arbeitsphase findet keine oder keine wesentliche Beaufschlagung des Abschnitts 100 durch Druckmittel, etwa durch Druckluft statt, so dass sich die ursprüngliche Form des Abschnitts 100 und damit des Strömungskanals 110 einstellt. Dieser im Wesentlichen nicht deformierte Zustand kann durch die Eigenelastizität des Materials des Abschnitts 100 und/oder durch das im Strömungskanal 100 fließende Fluid oder generell Substanz hergestellt werden, wenn die Substanz unter einem gewissen Druck steht. Typischerweise werden für das Material des Leitungsabschnitts 100 Elastomere in Form von Silikon, und dergleichen, verwendet. Die Wandstärke des Materials ist dabei an die Größe und damit das Volumen des Strömungskanals 110 und das zu transportierende Medium angepasst. Beispielsweise liegt für ein Volumen des Strömungskanals 110 von wenigen Litern und für Milch als zu transportierende Substanz die Wandstärke typischerweise bei etwa 2 bis 10 mm, wobei eine Länge des Leitungsabschnitts 100 im Bereich von 50 bis 100 cm liegt. Selbstverständlich sind für andere Einsatzzwecke die Abmessungen entsprechend anzupassen. Ferner ist zu beachten, dass in der 1c gezeigten Schnittansicht der Verformungsmittelteil 101c gezeigt ist, dessen Wandstärke sich von einer Wandstärke der Endteile 101a, 101b (siehe 1b) unterscheiden kann. D. h., häufig wird für den eigentlichen Verformungsteil, d. h., für den Mittelteil 101c, eine etwas geringere Wanddicke im Vergleich zu den Endteilen gewählt.
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1d zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Pumpe 180, wobei eine Arbeitsphase gezeigt ist, in der der verformbare Leitungsabschnitt 100 durch Druckmittel 186, beispielsweise durch Druckluft, beaufschlagt ist. Durch das Druckmittel 186 erfolgt eine im Wesentlichen elastische Verformung zumindest eines wesentlichen Anteils des Abschnitts 100, beispielsweise des Verformungsmittelteils, so dass der Querschnitt des Strömungskanals 110 wesentlich verringert wird. Da sich die Umfangslänge des Abschnitts 100 nicht wesentlich ändert, vergrößert sich die Abmessung des Abschnitts 100 in der gezeigten Schnittebene und es bilden sich Biegekanten 120, die stark gerundete Bereiche entlang der Länge zumindest des Verformungsmittelteils darstellen. Je nach Materialart und Wandstärke ergibt sich dadurch eine entsprechend große Kompression im inneren des Materials, wie dies schematisch durch 121 gezeigt ist, während an der Außenseite eine entsprechende Dehnung des Materials erfolgt. Die elastischen Materialeigenschaften in Verbindung mit der gewählten Wandstärke sowie die ansonsten verwendete Geometrie des Abschnitts 100 bestimmen somit die Restquerschnittsfläche des Strömungskanals 110 und auch den wirksamen Krümmungsradius bzw. Biegeradius an der Innenseite 121 und der entsprechenden Außenseite des Abschnitts 100.
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Während des Betriebs der Pumpe 180 findet somit eine gesteuerte Verformung des Abschnitts 100 statt, wobei nach längerem Gebrauch typischerweise eine Materialermüdung insbesondere im Bereich 121 auftritt, die zu entsprechenden Haarrissen an der Innenseite des Strömungskanals 110 führen kann. Bei zunehmender Gebrauchsdauer können sich diese Haarrisse weiter ausbreiten und letztlich zu einem Bruch des Materials führen, was wiederum zu einem Eindringen von Substanz in die Druckkammer 181 und damit zum Ausfall und zur Kontamination der zu transportierenden Substanz beitragen kann. Daher wird typischerweise eine sichere Lebensdauer, d. h., die als risikolos zu erwartende Anzahl an Verformungen, experimentell bestimmt und ein Austausch des Abschnitts 100 bei Erreichen der experimentell bestimmten Lebensdauer empfohlen. Ein Austausch des Abschnitts 100 ist jedoch in der Praxis mit erheblichem Montageaufwand und längerem Stillstand der Anlage verbunden, so dass dadurch erhebliche Betriebskosten hervorgerufen werden. Insbesondere wurde auch festgestellt, dass die Qualität der Wartungsarbeiten während des Austausches eines Leitungsabschnitts einen erheblichen Einfluss auf die erreichte Lebensdauer ausüben kann, so dass die tatsächliche Notwendigkeit eines Austausches des Abschnitts 100 schwer vorhersagbar ist und in der Praxis daher wesentlich kürzere Zeitintervalle für den Austausch des Abschnitts 100 erforderlich sind, um die gewünschte Zuverlässigkeit der Pumpe 180 sicherzustellen.
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Im Hinblick auf die zuvor beschriebene Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel bereitzustellen, mit denen die Zuverlässigkeit und Betriebsdauer eines verformbaren Leitungsabschnitts und einer entsprechenden Schlauchpumpe verbessert werden können.
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Erfindungsgemäß wird die zuvor beschriebene Aufgabe in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch einen verformbaren Strömungsleitungsabschnitt gelöst, der einen ersten Endteil, der zur Ankopplung an einen ersten Strömungsleitungsanschluss vorgesehen ist, umfasst. Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Strömungsleitungsabschnitt einen an den ersten Endteil angrenzenden und mit diesem in Strömungsverbindung stehenden Verformungsmittelteil, der einen Strömungskanal bildet, dessen Querschnitt durch Verformung des Verformungsmittelteils veränderbar ist. Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Strömungsleitungsabschnitt einen an den Verformungsmittelteil angrenzenden und mit diesem in Strömungsverbindung stehenden zweiten Endteil, der zur Ankopplung an einen zweiten Strömungsleitungsanschluss vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist der verformbare Strömungsleitungsabschnitt außenseitig mindestens zwei erhabene Verstärkungsbereiche auf, deren Position und Gestalt zum Einstellen eines Verformungsverhaltens des Verformungsmittelteils zur Veränderung des Querschnitts bei außenseitiger Beaufschlagung durch ein Druckmittel geeignet festgelegt sind.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine wesentliche Beeinflussung und damit Mitbestimmung des Verformungsverhaltens dadurch erreichbar ist, dass zumindest zwei Verstärkungsbereiche an der Außenseite des verformbaren Strömungsabschnitts vorgesehen werden. Die Verstärkungsbereiche sind dabei als Materialbereiche zu verstehen, die lokal zu einer deutlichen Vergrößerung der effektiven Wandstärke in diesem Bereich führen. Beispielsweise ist dazu der Verstärkungsbereich aus dem gleichen Material aufgebaut, wie der restliche Anteil des verformbaren Leitungsabschnitts, so dass lokal im Verstärkungsbereich die größere Wandstärke zu einer Änderung, d. h., Vergrößerung, eines Krümmungsradius bzw. Biegeradius führt, wenn der Verstärkungsbereich an oder in der Nähe der entstehenden Biegekante liegt. In anderen Ausführungsformen sind die Verstärkungsbereiche aus einem speziell für diesen Zweck ausgewählten Material hergestellt, z. B. einer geeigneten Kunststoffart, oder dergleichen, während der eigentliche Grundkörper des Strömungsleitungsabschnitts oder zumindest des Verformungsmittelteils aus einem Elastomer aufgebaut ist.
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Die Verstärkungsbereiche können zusätzlich oder alternativ jedoch auch das Verformungsverhalten wesentlich mitbestimmen, wenn sie an anderen geeigneten Positionen des Leitungsabschnitts vorgesehen sind, um etwa eine exakte Positionierung des gesamten Leitungsabschnitts in Bezug auf Befestigungsmittel festzulegen, die zur Fixierung und Ankopplung des Leitungsabschnitts an einer entsprechenden Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusses erforderlich sind. Beispielsweise kann durch geeignete Positionierung und Gestaltung der Verstärkungsbereiche die tatsächlich wirksame Länge des Leitungsabschnitts nach Installation in einer entsprechenden Vorrichtung, etwa einer Schlauchpumpe, konstruktiv durch die Verstärkungsbereiche selbst in exakter Weise festgelegt werden, so dass beispielsweise die Montage selbst keinen wesentlichen Einfluss mehr auf die genaue Lage und Länge des Leitungsabschnitts innerhalb einer Druckkammer ausübt. Auf diese Weise wird ebenfalls das Verformungsverhalten positiv beeinflusst, so dass eine zuverlässigere Vorhersage der eigentlichen Betriebsdauer des Leitungsabschnitts möglich ist, da eben die Montage vereinfacht wird und zu einer präziseren Positionierung und Gestaltung des Leitungsabschnitts beiträgt. Beispielsweise kann der Leitungsabschnitt mit einer gewissen Spannung in Längsrichtung aufgrund geeignet positionierter Verstärkungsbereiche in präziser Weise in einer Druckkammer installiert werden, so dass damit reproduzierbar eine präzise Positionierung mit genau vorgegebenen Verformungsverhalten erreicht wird. Das Vorsehen der Verstärkungsbereiche an der Außenseite oder Außenwand des Leitungsabschnitts lässt auch eine effiziente Herstellung des Leitungsabschnitts zu, wenn dieser mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, da die Verstärkungsbereiche durch entsprechende Aussparungen am äußeren Werkzeugteil der Spritzgussform in einfacher Weise modelliert werden können, ohne dabei eine aufwendige Neugestaltung der Spritzgussform im Vergleich zu konventionellen Leitungsabschnitten erforderlich zu machen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die mindestens zwei Verstärkungsbereiche einen ersten lateralen Verstärkungsbereich und einen zweiten lateralen Verstärkungsbereich, die an dem Verformungsmittelteil so vorgesehen sind, dass sie entsprechend an einer ersten lateralen Biegekante und einer zweiten laterale Biegekante bei Beaufschlagung mit dem Druckmittel liegen. In dieser Ausführungsform sind also die Verstärkungsbereiche an „lateralen” Positionen so vorgesehen, dass sie an oder in unmittelbarer Nähe der durch die Druckbeaufschlagung hervorgerufenen Biegekanten liegen. Durch das zusätzliche außen liegende Material der lateralen Verstärkungsbereiche wird der Biegeradius an den Biegekanten wesentlich beeinflusst, d. h., der Biegeradius wird aufgrund der zusätzlichen Materialmenge, die durch die lateralen Verstärkungsbereiche bereitgestellt wird, vergrößert. Durch diese Vergrößerung des Biegeradius, die insbesondere an der Innenseite des Materials, d. h., innen am Strömungskanal im Bereich der Biegekante besonders wirksam wird, wird eine geringere Kompression an der Innenseite und dadurch auch eine deutlich geringere Dehnung an der Außenseite in der Nähe der Biegekante sichergestellt. Dadurch reduziert sich die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Haarrissen aufgrund von Materialermüdung wesentlich im Vergleich zu konventionellen Leitungsabschnitten, so dass insgesamt die Gebrauchsdauer und die Zuverlässigkeit zunehmen. Die lateralen Verstärkungsbereiche üben darüber hinaus gehend noch die Funktion eines „Abstandhalters” aus, da bei der Verformung des Verformungsmittelteils ein direkter Kontakt mit anderen Komponenten innerhalb der Druckkammer, beispielsweise der Druckkammerwand oder mit den typischerweise verwendeten Einlegeschalen, und dergleichen, auftritt. In konventionellen verformbaren Leitungsabschnitten kann dies zusätzlich zu einem Materialabrieb und/oder einer Materialermüdung beitragen, so dass ein Bruch des Materials entlang der Biegekante in konventionellen Systemen häufig beschleunigt wird. Der erfindungsgemäße laterale Verstärkungsbereich vermindert also zum einen die Materialermüdung an der Innenseite durch Vergrößerung des Biegeradius und vermindert auch die Wirkung eines möglichen Materialabriebs an der Außenseite durch Kontakt mit Komponenten einer Druckkammer, beispielsweise der Druckkammerwand.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich der erste laterale Verstärkungsbereich und der zweite laterale Verstärkungsbereich jeweils auf gegenüberliegenden Außenseiten entlang des Verformungsmittelteils. Die lateralen Verstärkungsbereiche sind in dieser Ausführungsform um ca. 180° zueinander in Bezug auf eine Achse angeordnet, die einer Längsachse des Strömungskanals entspricht, und erstrecken sich im Wesentlichen entlang der gesamten Biegekante im Mittelteil.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen der erste und/oder der zweite laterale Verstärkungsbereich zwei oder mehr beabstandete Verstärkungselemente auf. In dieser Ausführungsform werden also mehrere Bereiche mit größerer Wandstärke innerhalb jedes Verstärkungsbereichs vorgesehen, so dass im Hinblick auf die Position und Gestalt der einzelnen Elemente ein erhebliches Maß an Gestaltungsfreiheit besteht. Beispielsweise kann im Hinblick auf Materialeinsparung eine geeignete Anzahl an Verstärkungselemente mit geeignetem Abstand vorgesehen werden, wobei Gestalt und Abstand so festgelegt sind, dass auch im Bereich der Abstände der größere Biegeradius an der Innenseite des Materials bei Verformung gewährleistet ist. Andererseits können auch die einzelnen Verstärkungselemente in geeigneter Weise als Abstandshalter dienen, wie dies zuvor erläutert ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich der erste und/oder der zweite laterale Verstärkungsbereich in Längsrichtung durchgängig entlang des Verformungsmittelteils und entlang des ersten und zweiten Endteils. D. h., in dieser Ausführungsform ist der Verstärkungsbereich als längliches Element vorgesehen, das sich über den gesamten Strömungsleitungsabschnitt erstreckt, um damit die vorteilhaften Wirkungen eines vergrößerten Biegeradius an der Innenkante sowie eine zuverlässige Abstandshalterfunktion bereitzustellen. Auf diese Weise können beispielsweise die lateralen Verstärkungsbereiche auch als Positionierhilfen bei der Montage des Leitungsabschnitts an entsprechenden Flanschen oder anderen Befestigungsmitteln dienen können. Dadurch wird eine mögliche Verdrehung nahezu verhindert, so dass eine zuverlässige und reproduzierbare Positionierung zumindest im Hinblick auf eine Verdrehung des Leitungsabschnitts bei der Montage in einer Druckkammer gegeben ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die individuell oder in Verbindung mit den bereits zuvor genannten Ausführungsformen anwendbar ist, umfassen die mindestens zwei Verstärkungsbereiche einen ersten Randverstärkungsbereich, der an dem ersten Endteil zumindest über einen Teil des Umfangs hinweg vorgesehen ist, und einen zweiten Randverstärkungsbereich, der an dem zweiten Endteil zumindest über einen Teil des Umfangs hinweg vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung der Verstärkungsbereiche in Form von Randverstärkungsbereichen an dem ersten und dem zweiten Endteil gewährleistet eine zuverlässige und reproduzierbare Positionierung des Leitungsabschnitts in axialer Richtung, d. h., in Längsrichtung, da beispielsweise die Randverstärkungsbereiche als Eingriff in oder Anschlag für entsprechende Befestigungsmittel dienen können. Auf diese Weise wird die funktionale Länge des Leitungsabschnitts nach der Montage in einer Druckkammer durch konstruktive Maßnahmen des Leitungsabschnitts, die in sehr genauer Weise reproduzierbar sind, vorgegeben, so dass mögliche Ungenauigkeiten bei der Montage nahezu keinen Einfluss auf die endgültig erreichte axiale Position und Länge des Leitungsabschnitts ausüben. Auf diese Weise, wird, wie zuvor bereits erläutert ist, ebenfalls eine zuverlässigere und reproduzierbarere Verformung des verformbaren Leitungsabschnitts gewährleistet. Beispielsweise können der erste und der zweite Randverstärkungsbereich so vorgesehen werden, dass sich bei Montage in einer Druckkammer eine genau definierte geringfügige Dehnung des Leitungsabschnitts ergibt, so dass damit reproduzierbar eine gewisse Materialvorspannung und damit Form des Strömungskanals und somit auch der funktional wirkenden Länge erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der erste Randverstärkungsbereich und der zweite Randverstärkungsbereich jeweils als Dichtung zum Strömungskanal hin und als Montagehilfe zur Festlegung der axialen Position und funktionalen Länge zur Verbindung mit dem zugehörigen ersten bzw. zweiten Strömungsleitungsanschluss ausgebildet. In dieser Ausführungsform dienen der erste und der zweite Randverstärkungsbereich nicht nur zu genauen Festlegung der axialen Position und der funktionalen Länge des Leitungsabschnitts, sondern wirken auch als Dichtfläche, wodurch eine zuverlässige Abdichtung zum Strömungskanal hin gewährleistet ist, ohne dass die Montage einen Einfluss auf die Dichtigkeit ausüben kann. Um die geeignete Dichtwirkung zu erreichen sind der erste Randverstärkungsbereich und der zweite Randverstärkungsbereich jeweils um den gesamten Umfang der Endteile herum geführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der erste Randverstärkungsbereich und der zweite Randverstärkungsbereich jeweils ein Positionierelement zur Festlegung einer radialen Position jeweils des ersten Endteils und des zweiten Endteils relativ zu dem ersten und dem zweiten Strömungsleitungsanschluss auf. Die in dieser Ausführungsform vorgesehenen Positionierelemente sind dabei als beliebige Komponenten zu verstehen, die insbesondere im Zusammenwirken mit entsprechenden komplementären Elementen an geeigneten Befestigungsmitteln, die zum Ankoppeln an den ersten und den zweiten Strömungsanschluss dienen, zusammenwirken, so dass eine präzise radiale Ausrichtung des Leitungsabschnitts gewährleistet ist durch konstruktive Maßnahmen, die mit hoher Präzision bei der Herstellung des Leitungsabschnitts festgelegt sind. Beispielsweise ist ein Positionierelement als Aussparung oder Erhebung an einem jeweiligen Randverstärkungsbereich vorgesehen und in Gestalt und Lage einem komplementären Element an dem Befestigungsmittel oder dem Leitungsanschluss angepasst.
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Wie zuvor bereits erläutert ist, können die Randverstärkungsbereiche in Kombination mit dem zuvor beschriebenen lateralen Verstärkungsbereichen vorgesehen werden, um die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer sowie die präzise Positionierung bei der Montage eines erfindungsgemäßen verformbaren Leitungsabschnitts weiter zu verbessern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Strömungsleitungsabschnitt an einem Übergang zwischen dem ersten Endteil und dem Verformungsmittelteil einen ersten Stabilisierungsbereich und an einem Übergang zwischen dem zweiten Endteil und dem Verformungsmittelteil einen zweiten Stabilisierungsbereich zur Verringerung der Verformbarkeit der jeweiligen Übergänge bei Beaufschlagung mit dem Druckmittel auf. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine erhöhte Materialermüdung auch an den Übergängen zwischen den jeweiligen Endteilen und dem Verformungsmittelteil auftreten kann, und diese Materialermüdung ebenfalls zu einer Reduzierung der Zuverlässigkeit des Leitungsabschnitts beitragen kann. Durch Vorsehen geeigneter Stabilisierungsbereiche kann damit das Biegeverhalten in diesem Übergangsbereich ebenfalls wesentlich beeinflusst werden, so dass die lokale Materialermüdung deutlich reduziert werden kann. Zu diesem Zweck können Verstärkungsringe, lineare Verstärkungssegmente, und dergleichen, als Materialverdickungen außenseitig aufgebracht werden, um somit die gewünschte Beeinflussung des Biegeverhaltens in diesem Bereich zu ermöglichen.
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Generell können als Druckmittel alle Arten von Fluiden, also Gase und Flüssigkeiten, eingesetzt werden, die in geeigneter Weise für diesen Zweck handhabbar sind. Auch eine Beaufschlagung durch mechanische Komponenten, etwa Kolben, etc. ist möglich.
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In einer anschaulichen Ausführungsform ist der Querschnitt des Strömungskanals ohne Beaufschlagung durch das Druckmittel im Wesentlichen kreisförmig, wobei die Außenseite zumindest des Verformungsmittelteils geeignete Materialerhebungen aufweist, die die Verformung und damit Biegekanten des Verformungsmittelteils bei Beaufschlagung mit dem Druckmittel festlegen. D. h., eine zuverlässige Funktion des Leitungsabschnitts kann auch bei kreisförmigem Querschnitt des Strömungskanals aufgrund der außenseitig angebrachten Materialerhebungen zuverlässig gewährleistet werden. Dabei ist die Querschnittsform im unbeaufschlagten Zustand so zu verstehen, dass der Zustand des Leitungsabschnitts nach seiner Montage in einer entsprechenden Druckkammer gemeint ist. Durch die Verwendung eines kreisförmigen Querschnitts für den Strömungskanal kann gegebenenfalls für ein vorgegebenes Volumen des nicht-verformten Strömungskanals eine Materialersparnis aufgrund einer kleineren Oberfläche im Vergleich zu anderen nicht-verformten Querschnittsformen erreicht werden, wenn das für die zusätzlichen Materialerhebungen benötigte Materialvolumen kleiner ist als die durch die allgemein kreisförmige Geometrie eingesparte Volumen. Generell gilt aber, dass die Verwendung einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform für den Strömungskanals des Leitungsabschnitts insgesamt zu einer Vereinfachung des Aufbaus zugehöriger Komponenten beispielsweise einer entsprechenden Druckkammer, führen kann, da typischerweise Komponenten mit kreisförmigem Querschnitt generell einfacher herzustellen sind. Auch sind die für das Spritzgussverfahren erforderlichen Formen einfacher und kostengünstiger herzustellen im Vergleich zu ovalen Strömungskanälen.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der Querschnitt des Strömungskanals ohne Beaufschlagung durch das Druckmittel im Wesentlichen oval.
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In einer weiteren Ausführungsform sind ein Grundkörper zumindest des Verformungsmittelteils aus einer ersten Materialart und die Verstärkungsbereiche aus einer zweiten Materialart hergestellt, wobei sich die zweite Materialart zumindest in einer Materialeigenschaft von der ersten Materialart unterscheidet.
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Auf diese Weise kann die Materialart der Verstärkungsbereiche speziell für den vorgesehenen Zweck ausgewählt werden, um etwa bei vorgegebener Geometrie und damit Volumen der Verstärkungsbereiche die gewünschte Verformungsbeeinflussung zu erreichen und/oder die Materialermüdung und/oder den Materialabrieb möglichst gering zu halten.
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Insbesondere kann die erste Materialart ein Elastomer und die zweite Materialart ein Kunststoff sein, so dass insbesondere die Eigenschaften des Kunststoffs speziell für den Einsatzzweck zugeschneidert werden können.
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In einer Ausführungsform sind die Materialerhebungen, die zumindest im Verformungsmittelteil zur Festlegung einer Biegekante vorgesehen sind, aus einem Material aufgebaut sind, das nicht der ersten Materialart entspricht. Dadurch kann beispielsweise durch geeignete Materialwahl selbst bei geringem Materialvolumen für die Materialerhebungen die Biegekante in Form und Lage in gewünschter Weise definiert werden, wenn etwa ein kreisförmiger Querschnitt des Strömungskanals vorgesehen ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Grundkörper aus einem Elastomer und die Verstärkungsbereiche aus Kunststoff in einem 2-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Es sind somit gut-etablierte Verfahren anwendbar, um unterschiedliche Materialarten in einem Herstellungsprozess für den Leitungsabschnitt anzuwenden.
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In anderen Ausführungsformen werden die Verstärkungsbereiche und/oder die Materialerhebungen nachträglich auf das Grundmaterial, das etwa in Form eines Elastomers vorliegt, durch Klebung, etc. aufgebracht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusses in einer Strömungsleitung gelöst. Dazu umfasst die Vorrichtung einen Strömungsleitungsabschnitt, wie er zuvor beschrieben ist oder wie er auch nachfolgend in der detaillierten Beschreibung erläutert ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Druckkammer, in der der Strömungsleitungsabschnitt so angeordnet ist, dass zumindest der Verformungsmittelteil mit dem Druckmittel steuerbar beaufschlagbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält somit einen verformbaren Strömungsleitungsabschnitt, der insgesamt zu einer höheren Zuverlässigkeit, längeren Standzeit und höheren Unabhängigkeit im Hinblick auf die Qualität von Montagearbeiten führt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Ventileinrichtungen, die bei Druckbeaufschlagung und Druckentlastung des Verformungsmittelteils eine Fließrichtung in dem Strömungskanal festlegen. Insbesondere sind in vorteilhaften Ausführungsformen Rückschlagventile und/oder Quetschventile in der Vorrichtung vorgesehen. Beispielsweise kann durch die Integration von Rückschlagventilen in effizienter Weise die Funktion einer Pumpe durch die Vorrichtung verwirklicht werden, wobei sich die Strömungsrichtung durch die geeignete Anordnung der Rückschlagventile ergibt, ohne dass eine Steuerung der Ventileinrichtungen erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen können die Ventileinrichtungen steuerbar sein, etwa in Form von Quetschventilen, wobei ebenfalls ein verformbarer Strömungsleitungsabschnitt zum Einsatz kommen kann, um den Durchfluss in der Ventileinrichtung entsprechend zu steuern. Vorteilhafter Weise werden dabei Strömungsleitungsabschnitte verwendet, die einer der zuvor dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformen entsprechen, wobei die Abmessungen an die Funktion als Ventil angepasst sind.
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Beispielsweise kann somit ein modularer Aufbau verwirklicht werden, in welchem eine Druckkammer in jedem Modul vorgesehen ist, oder eine modulare Druckkammer so gestaltet oder steuerbar mit Druckmittel beaufschlagbar ist, dass sowohl die Ventilwirkung als auch die Pumpwirkung erreicht werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen dient die als Pumpe wirkende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Transport von Substanzen, die flüssige Lebensmittel, insbesondere Milch, enthalten.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1a schematisch eine perspektivische Ansicht einer zum Milchtransport geeigneten Schlauchpumpe gemäß konventioneller Bauart zeigt,
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1b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A aus 1a der konventionellen Schlauchpumpe zeigt,
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1c und 1d Schnittansichten entlang der Schnittlinie B aus 1a zeigen, wobei zwei unterschiedliche Betriebsphasen der konventionellen Schlauchpumpe gezeigt sind,
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2a schematisch eine Schnittansicht entlang des Schnittes A eines Strömungsleitungsabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2b und 2c Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie B des verformbaren Strömungsleitungsabschnittes in zwei verschiedenen Arbeitsphasen zeigen,
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2d und 2e schematische Querschnittsansichten entlang der Schnittlinie B des Strömungsleitungsabschnittes entsprechend einer Ausführungsform mit kreisförmigem Querschnitt des Strömungskanals und Oberflächenelementen zur Festlegung lateraler Biegekanten in zwei verschiedenen Betriebsphasen zeigen,
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2f und 2g schematische Schnittansichten entlang der Schnittlinie A zeigen, wobei laterale Verstärkungsbereiche mit unterschiedlicher Gestaltung gemäß diversen Ausführungsformen gezeigt sind,
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3a schematisch eine Schnittansicht einer Ausführungsform entlang der Schnittlinie B zeigt, wobei die Verstärkungsbereiche Randverstärkungsbereiche an den jeweiligen Endteilen des Strömungsleitungsabschnitts aufweisen,
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3b eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B zeigt, wobei die Randverstärkungsbereiche zusätzlich ein Positionierelement aufweisen,
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4 schematisch eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A einer Ausführungsform zeigt, in der die Verstärkungsbereiche in Form von Randverstärkungsbereichen und lateralen Verstärkungsbereichen vorgesehen sind,
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5a eine Draufsicht auf einen Strömungsleitungsabschnitt zeigt, der mit Randverstärkungsbereichen und lateralen Verstärkungsbereichen versehen ist, wobei schematisch Bereiche an einem Übergang zwischen Endteil und Verformungsmittelteil dargestellt sind,
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5b schematisch eine Schnittansicht entlang der Linie A einer Ausführungsform zeigt, in der Stabilisierungsbereiche zur Beeinflussung des Biegeverhaltens an den Übergangsbereichen vorgesehen sind und
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6 schematisch eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A einer Vorrichtung zur Steuerung des Durchflusse, beispielsweise in Form einer Pumpe, zeigt, in der ein erfindungsgemäßer Strömungsleitungsabschnitt montiert ist.
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Mit Bezug zu den 2 bis 6 werden nunmehr weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben, wobei auch bei Bedarf auf die 1a bis 1d insbesondere im Hinblick auf die diversen Schnittansichten verwiesen wird. Ferner soll beachtet werden, dass ähnliche oder gleiche Komponenten in den jeweiligen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszahlen belegt sind mit Ausnahme der führenden Ziffer, die die Ziffer der zugehörigen Figur kennzeichnet.
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2a zeigt schematisch eine Schnittansicht eines verformbaren Strömungsleitungsabschnitts 200 entsprechend einer Schnittansicht, die in 1a als Schnitt A bezeichnet ist. Der Abschnitt 200 umfasst generell einen ersten Endteil 201a und eine zweiten Endteil 201b, die zur Ankopplung an geeignete Befestigungsmittel einer Druckkammer dienen, wie dies auch bereits zuvor im Zusammenhang mit der konventionellen Schlauchpumpe 180 beschrieben ist und wie dies auch später ausführlicher erläutert ist. Angrenzend zu dem Endteil 201a ist ein Verformungsmittelteil 201c vorgesehen, der wiederum an den Endteil 201b angrenzt. Der Verformungsmittelteil 201c ist als derjenige Bereich des Abschnitts 200 zu betrachten, der eine wesentliche Verformung bei Druckbeaufschlagung erleidet und damit den Querschnitt eines Strömungskanals 210 deutlich verringert. Der Leitungsabschnitt 200, der mit den zuvor bezeichneten Komponenten den Grundkörper des Abschnitts 200 bildet, ist aus einem Material 205 einer ersten Materialart hergestellt, vorzugsweise einem Elastomermaterial, etwa Silikon, Gummi, etc., so dass insbesondere der Mittelteil 201c bei von außen einwirkender Druckbeaufschlagung eine im Wesentlichen elastische Verformung durchführt. Das Material 205 ist mit einer geeigneten Wandstärke 205c vorgesehen, so dass der gewünschte Grad an Eigenstabilität erreicht wird. Beispielsweise werden für Silikonleitungsabschnitte Wandstärken im Bereich von 2 bis 10 mm verwendet, wobei auch andere Werte eingesetzt werden können, sofern diese an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst sind. Die Endteile 201a, 201b weisen gegebenenfalls eine unterschiedliche Wandstärke auf, die als 205a schematisch dargestellt ist. Da diese Bereiche typischerweise zur Befestigung dienen, wird dabei häufig eine größere Wanddicke als im Mitteilteil 201c eingesetzt. Die Länge des Abschnitts 200, also seine Erstreckung in axialer, als Strichpunktlinie gezeigten Richtung und die auch als L bezeichnet ist sowie das Volumen des Strömungskanals 210, das auch von dessen unbeaufschlagter Querschnittsform abhängt, sind der jeweiligen Anforderung angepasst. Wenn beispielsweise der Abschnitt 200 Bestandteil einer Pumpe zur Förderung von Milch in einem Leitungssystem zwischen einer Milchabgabestelle, etwa einem Melkroboter oder einem anderen Melkgerät und einem Milchsammelbehälter ist, liegt ein Volumen des Strömungskanals 210 im nicht-verformten Zustand im Bereich von einigen Litern.
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Ferner umfasst der Abschnitt 200 einen an seiner Außenwand, d. h., an einer Außenseite des Materials 205, aufgebrachten ersten Verstärkungsbereich 250a sowie einen in der 2a nicht sichtbaren zweiten Verstärkungsbereich. Die Verstärkungsbereiche repräsentieren Materialerhebungen, die lokal eine größere Wandstärke ergeben und deren Position und Gestalt das Verformungsverhalten des Mittelteils 201c wesentlich beeinflussen. In vorteilhaften Ausführungsformen sind die Verstärkungsbereiche aus Material der ersten Materialart aufgebaut, während in anderen Ausführungsformen die Verstärkungsbereiche aus Material einer zweiten Materialart aufgebaut sind, die sich zumindest in einer Materialeigenschaft von der ersten Materialart unterscheidet. Die zweite Materialart kann einen Kunststoff sein, der nach den geforderten Eigenschaften ausgewählt ist. Es können auch andere Materialarten eingesetzt werden, wenn diese für die Anwendung als Verstärkungsbereich geeignet sind, um damit insgesamt die Lebensdauer bei geforderter Funktionalität des Leitungsabschnitts zu erhöhen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Verstärkungsbereich 250a als ein „lateraler” Verstärkungsbereich vorgesehen, der so gestaltet und positioniert ist, dass er an einer Biegekante liegt oder zumindest der Bereich 250a sich in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer sich ausbildenden Biegekante angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann der Verstärkungsbereich 250a aus dem gleichen Material 205 aufgebaut sein und eine geeignet gestaltete lokale Materialverdickung repräsentieren, die zu einem geänderten Biegeverhalten im Vergleich zu konventionellen Abschnitten beiträgt, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist, oder aber, wie zuvor erläutert ist, aus einem geeigneten anderem Material, etwa Kunststoff, wobei die zwei unterschiedlichen Materialarten etwa durch ein 2-Komponenten-Spritzgussverfahren verarbeitet werden können.
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2b zeigt den Strömungsleitungsabschnitt 200 in einer Schnittansicht gemäß der Schnittlinie B, die in 1a gezeigt ist, wobei der Abschnitt 200 eine ovale Querschnittsform aufweist, wenn keine Druckbeaufschlagung von außen erfolgt. Es sollte dabei beachtet werden, dass der Strömungskanal 210 seine ursprüngliche nicht-verformte Gestalt annimmt, wenn er in einer entsprechenden Druckkammer (nicht gezeigt) montiert ist. Ferner ist der laterale Verstärkungsbereich 250a im Zusammenwirken mit einem zweiten lateralen Verstärkungsbereich 250b gezeigt. Diese Bereiche stellen somit Materialbereiche dar, die zu einer Vergrößerung der lokalen Wandstärke des Materials 205 führen und damit das Biegeverhalten in der Nähe der Bereiche 250a, 250b wesentlich beeinflussen. Insbesondere wird dadurch der Biegeradius einer sich in der Nähe der Bereiche 250a, 250b ausbildenden Biegekante vergrößert, so dass bei häufig wiederholter Verformung des Abschnitts 200 die Materialermüdung und damit eine Rissbildung zu einem deutlich späteren Zeitpunkt auftreten im Vergleich zu konventionellen verformbaren Strömungsleitungsabschnitten. Ferner dient das zusätzliche Material der Bereiche 250a, 250b als Abstandshalter oder Puffer, so dass bei einem möglichen Kontakt mit Komponenten einer Druckkammer, beispielsweise einer Kammerinnenwand, ein allmählicher Materialabtrag oder eine Materialschädigung über lange Zeit keinen nennenswerten Einfluss auf das Betriebsverhalten des Abschnitts 200 ausüben, insbesondere wenn die Verstärkungsbereiche aus einem speziell gewählten Material hergestellt sind und damit andere Eigenschaften im Vergleich zum Material, etwa Elastomer, des Grundkörpers aufweist.
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2c zeigt schematisch den Abschnitt 200 in einer Betriebsphase, in der durch außenseitige Beaufschlagung mit einem Druckmittel 286, beispielsweise Druckluft, eine Verformung stattfindet, insbesondere des Mittelteils 201c, so dass der Strömungskanal 210 in seinem Querschnitt erheblich verkleinert wird, wie dies auch bereits zuvor im Zusammenhang mit den 1 erläutert ist. Durch das Vorhandensein der lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b ergibt sich eine Biegekante 220, die durch die ovale Querschnittsform des Mittelteils 201c festgelegt ist oder die sich zumindest in unmittelbarer Nähe dieser Bereiche befindet, wobei durch die lokal größere Wandstärke der Biegeradius im Bereich 221 der Innenwand deutlich größer ist im Vergleich zu konventionellen Verhältnissen. Durch diesen größeren Biegeradius wird somit die Gefahr einer Materialermüdung und somit einer Rissbildung im Vergleich zu konventionellen Einrichtungen deutlich verringert, wodurch sich Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Abschnitts 200 im Vergleich zu konventionellen Einrichtungen erhöhen. Ferner tragen die lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b zu einer höheren Integrität des Abschnitts 200 im Hinblick auf eine mögliche Berührung von externen Komponenten, beispielsweise in Form der Innenwand einer Druckkammer 281, bei. In dieser Hinsicht üben die Verstärkungsbereiche 250a, 250b die Funktion eines mechanischen Puffers bzw. Abstandshalters aus. Eine mögliche Schädigung an der Außenseite der Bereiche 250a, 250b oder auch ein entsprechender Materialabrieb wirken sich somit nicht nennenswert auf das Funktionsverhalten des Mittelteils 201c aus, insbesondere wenn diesbezüglich ein spezielles Material für die Verstärkungsbereiche im Vergleich zum Grundkörper verwendet ist. Zu beachten ist, dass eine geringfügige Zunahme des Restvolumens des Strömungskanals 210 aufgrund des größeren Biegeradius, der durch die lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b hervorgerufen wird, keinen nennenswerten Einfluss auf das Funktionsverhalten des Abschnitts 200 ausübt.
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2d zeigt den Strömungsleitungsabschnitt 200 in einer Ausführungsform, in der der Strömungskanal 210 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt, wenn er in montiertem Zustand nicht von einem Druckmittel beaufschlagt ist. Ferner sind an der Außenseite Materialerhebungen 207 vorgesehen, die das Einfalten des Mittelteils so festlegen, dass sich trotz der Anwesenheit der lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b die Biegekanten sich an diesen Bereichen oder in unmittelbarer Nachbarschaft dazu ausbilden. Durch das Vorsehen der Materialerhebungen 6 wird auch in dieser in Bezug auf die Längsachse rotationssymmetrischen Bauweise eine genau definierte Biegekante festgelegt, da sich die in unmittelbarer Nähe der Verstärkungsbereiche 250a, 250b liegenden kleineren Materialerhebungen 6 des Mittelteils des Abschnitts 200 bereits bei geringerem Druckverformen im Vergleich zu den restlichen Orten. Dadurch wird durch die Materialerhebungen 6 ein definiertes „Einfalten” zumindest des Mittelteils des Abschnitts 200 hervorgerufen, während die Bereiche 250a, 250b dennoch einen vergrößerten Biegeradius und damit eine höhere Lebensdauer des Materials an den Biegekanten gewährleisten. Auch hier gilt, dass bei Bedarf die Materialerhebungen 6 aus einer anderen Materialart im Vergleich zum Grundkörper des Abschnitts 200 hergestellt sein können.
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2e zeigt schematisch den Strömungsleitungsabschnitt 200 in einer Betriebsphase, in der er durch das Druckmittel 286 beaufschlagt ist und durch seine Verformung zu einer Reduzierung des Querschnitts des Strömungskanals 210 führt. Wie bereits zuvor erläutert ist, ergibt sich auch in diesem Falle durch die Anwesenheit der lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b ein größerer Biegeradius, was wiederum zu erhöhter Zuverlässigkeit und längerer Standzeit des Abschnitts 200 beiträgt. Ferner wird auch hier die Wirkung eines Puffers bzw. Abstandshalters erreicht.
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Typischerweise wird der Strömungsabschnitt 200 durch Spritzgussverfahren hergestellt, wobei die außenseitige Anbringung von Verstärkungsbereichen keine wesentliche zusätzliche Komplexität des Herstellungsverfahrens mit sich bringt. D. h., bei der Herstellung eines entsprechenden Werkzeugteiles für das Gießen des Abschnitts 200 muss lediglich an der Außenseite an der geeigneten Position eine in Form und Lage den Verstärkungsbereichen 250a, 250b entsprechende Vertiefung eingebracht werden, ohne dass dazu eine großer Aufwand erforderlich ist. Ferner können in den Ausführungsformen mit kreisförmigen Strömungskanal durch das Vorsehen der Materialerhebungen 6 auch runde Querschnitte ohne wesentlichen Einfluss auf das Verformungsverhalten effizient verwendet werden, wodurch generell die Herstellung und Bearbeitung der Gießformen vereinfacht werden. Es können sich dadurch, je nach Abmessung der Materialerhebungen, für ein vorgegebenes Volumen des Strömungsbereichs 210 Materialeinsparungen erreichen lassen und auch die Herstellung zugehöriger Komponenten, etwa in der Druckkammer, ist aufgrund des runden Querschnitts wesentlich vereinfacht.
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2f zeigt schematisch den Abschnitt 200 in einer Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie A in einer Ausführungsform, in der die lateralen Verstärkungsbereiche 250a (250b ist in 2f nicht gezeigt) in Form zweier oder mehrere Verstärkungselemente 251, ..., 255 vorgesehen sind, die zueinander in Längsrichtung beabstandet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die einzelnen Verstärkungselemente 251, ..., 255 als im Wesentlichen rechteckige Elemente dargestellt, wobei jedoch zu beachten ist, dass auch jede andere Form verwendbar ist, solange damit das gewünschte Biegeverhalten zumindest im Mittelteil 201c und auch die vorteilhafte Pufferwirkung erreicht werden. Die Abstände zwischen den einzelnen Verstärkungselemente 251, ..., 255 sind dabei so gewählt, dass auch in diesen Bereichen im Material ein größerer Biegeradius ähnlich zu den Biegeradien, wie sie unmittelbar an den Elementen 251, ..., 255 eingestellt werden, erreicht werden. Die Elemente 251, ..., 255 können sich dabei über die gesamte Länge des Mittelteils 201c und auch über die gesamte Länge der Endteile 201a, 201b je nach Anforderung erstrecken.
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2g zeigt schematisch den Abschnitt 200 in einer Ausführungsform, in der der laterale Verstärkungsbereich 250a sich über die gesamte Länge L des Abschnitts 200 erstreckt. In Ausführungsformen, in denen der laterale Verstärkungsbereich 250a zumindest auch an den Endteilen 201a, 201b vorgesehen ist, beispielsweise in Form des durchgehenden Bereichs 250a aus 2g oder in Form eines entsprechenden Verstärkungselements, wie dies zuvor im Zusammenhang mit der 2f erläutert ist, kann der entsprechende Abschnitt des Verstärkungsbereichs auch als Positionierhilfe verwendet sein, um damit eine exakte radiale Position bei der Montage des Abschnitts 200 zu gewährleisten. Dabei kann eine entsprechende Befestigungseinrichtung (nicht gezeigt) eine entsprechende zum dem Abschnitt 250a komplementäre Aussparung aufweisen und damit die exakte radiale Position der jeweiligen Endteile 201a, 201b in Bezug auf die Befestigungseinrichtung, beispielsweise einer Druckkammer, festzulegen.
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3a zeigt schematisch einen Strömungsleitungsabschnitt 300 in einer Ausführungsform, in der Verstärkungsbereiche 350a, 350b als Randverstärkungsbereiche an jeweiligen Endteilen 301a, 301b vorgesehen sind. Durch die Randverstärkungsbereich 350a, 350b wird das Verformungsverhalten eines Mittelteils 301c dadurch wesentlich beeinflusst, dass aufgrund der Bereiche 350a, 350b eine exakte axiale Positionierung des Abschnitts 300 in einer schematisch angedeuteten Druckkammer 381 sowie auch eine genaue Einstellung der wirksamen Länge des Leitungsabschnitts 300 gewährleistet sind. Die Randverstärkungsbereiche 350a, 350b dienen dazu beispielsweise als Anlagepunkte für entsprechende Befestigungsmittel 387a, 387b, die zur Ankopplung des Leitungsabschnitts 300 an einen Leitungsanschluss 384a bzw. 384b dienen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei die Grundlänge L1 des Abschnitts 300 so gewählt, dass sie etwas geringer ist als die für die Funktion des Abschnitts 300 in der Druckkammer 381 erforderliche Länge L2, so dass bei der Montage mittels der Befestigungsmittel 387a, 387b und der Verstärkungsbereiche 350a, 350b eine geringfügige Dehnung gemäß den Pfeilen 388a, 388b hervorgerufen wird, die somit zu einer exakten Einstellung der Länge L2 führt und auch die Gefahr einer radialen Verdrehung des Mittelteils 301c verringert. Ferner wird durch diese Vorspannung aufgrund der größeren Länge L2 auch in reproduzierbarerer Weise das elastische Verhalten und somit auch das Verformungsverhalten im Wesentlichen festgelegt. Aufgrund dieser reproduzierbaren Festlegung des Verformungsverhaltens insbesondere des Mittelteils 301c kann somit bei Festlegung der weiteren Gegebenheiten, d. h., Geometrie, Materialart, Materialstärke des Abschnitts 300, eine zuverlässigere Prognose der erreichbaren Standzeit währen des Betriebs abgegeben werden, unabhängig von der Art der Montage des Abschnitts 300.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Randverstärkungsbereiche 350a, 350b über den gesamten Umfang der jeweiligen Endteile 301a, 301b vorgesehen, so dass die Verstärkungsbereiche 350a, 350b gleichzeitig auch als Dichtflächen zur Abdichtung des Strömungskanals 310 hin zur Druckkammer 381 dienen. Dadurch ist eine zuverlässige Funktion des Abschnitts 300 in der Druckkammer 381 gewährleistet.
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3b zeigt eine Draufsicht auf den Abschnitt 300, die im Wesentlichen dem Schnitt A entspricht. In dieser Draufsicht ist der Verstärkungsbereich 350a gezeigt, der somit einen über das sich dahinter befindliche Material 305 hinausragenden Randwulst bildet, der zum Positionieren und Abdichten verwendbar ist, wie dies zuvor erläutert ist. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform ein ovaler Querschnitt des Strömungskanals 310 gezeigt, der das Einfaltverhalten festlegt, wobei auch kreisförmige Querschnitte oder Querschnitte anderer Gestaltungsform verwendbar sind, sofern mit entsprechenden Mitteln ein gewünschtes Einfaltverhalten festgelegt ist, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der 2d und 2e erläutert ist. Des Weiteren umfasst der Verstärkungsbereich 350a in dieser Ausführungsform ein Positionierelement 356a, das als zusätzliche Erhebung des Bereichs 350a vorgesehen ist und in seiner Form und Höhe an eine entsprechende komplementäre Aussparung einer Komponente angepasst ist, in der der Abschnitt 300 zu montieren ist. Beispielsweise kann eine entsprechende komplementäre Aussparung in dem Anschluss 384a (siehe 3a) vorgesehen sein, um eine exakte radiale Positionierung zu gewährleisten. Ein entsprechendes Positionierelement ist auch an dem gegenüberliegenden Randverstärkungsbereich 350b (siehe 3a) vorgesehen, so dass zusätzlich zu der präzisen und reproduzierbaren axialen Positionierung auch eine präzise radiale Positionierung gewährleistet ist. Dadurch wird auch das Verformungsverhalten insbesondere im Mittelteil verbessert und ist unabhängig von möglichen Montagefehlern beim Einbau des Abschnitts 300 in eine Druckkammer.
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4 zeigt schematisch einen Strömungsleitungsabschnitt 400 in einer Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A entsprechend einer Ausführungsform, in der die außenseitig aufgebrachten Verstärkungsbereiche, die zur Beeinflussung des Verformungsverhaltens zumindest in einem Mittelteil 401c des Abschnitts 400 beitragen, in Form von Randverstärkungsbereichen 450a, 450b, die an jeweiligen Endteilen 401a, 401b vorgesehen sind, sowie in Form von lateralen Verstärkungsbereichen 450c und eines dazu gegenüberliegenden lateralen Verstärkungsbereichs, der in der Schnittansicht aus 4 nicht gezeigt ist, vorgesehen sind. Dabei sind die lateralen Verstärkungsbereiche, von denen lediglich der laterale Verstärkungsbereich 450c in 4 sichtbar ist, so vorgesehen, dass eine Vergrößerung des Biegeradius entlang einer Biegekante erfolgt, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den Ausführungsformen der 2a bis 2g beschrieben ist. D. h., die lateralen Verstärkungsbereiche des Abschnitts 400 sind so gestaltet, wie dies zuvor im Zusammenhang mit dem Abschnitt 200 für die jeweiligen lateralen Verstärkungsbereiche 250a, 250b beschrieben und erläutert ist. Zusätzlich weisen die Randverstärkungsbereiche 450a, 450b eines oder mehrere der Merkmale auf, die zuvor im Zusammenhang mit den 3a und 3b für die Randverstärkungsbereiche 350a, 350b beschrieben sind. Durch die Kombination der lateralen Verstärkungsbereiche und der Randverstärkungsbereiche kann eine weitere Verbesserung im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit der Verformungseigenschaften, Standzeit und Unabhängigkeit von Montagefehlern für den Abschnitt 400 erreicht werden.
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5a zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Strömungsleitungsabschnitt 500, der in der dargestellten Ausführungsform einen Randverstärkungsbereich 550a an einem Endteil 501a und einen Randverstärkungsbereich 550b an einem Endteil 501b aufweist. Ferner ist ein lateraler Verstärkungsbereich 550c und dazu gegenüberliegend ein lateraler Verstärkungsbereich 550d vorgesehen, die in der dargestellten Ausführungsform sich zumindest entlang der gesamten Länge eines Verformungsmittelteils 501c erstrecken. Wie durch die gestrichelten Linien 550g angedeutet ist, können sich die Bereich 550d, 550c auch bis zu und entlang den Endteilen 501a bzw. 501b erstrecken. Ferner ist anzumerken, dass für die lateralen Verstärkungsbereiche 550c, 550d die gleichen Anmerkungen gelten, wie sie zuvor auch im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 4 und den Ausführungsformen der 2 beschrieben sind. In gleicher Weise gilt für die Randverstärkungsbereiche 550a, 550b, dass sie gleiche oder ähnliche Merkmale aufweisen können, wie dies zuvor im Zusammenhang mit der 3 und dem Leitungsabschnitt 300 beschrieben ist. Ferner sei in dieser Ausführungsform angenommen, dass bei Verformung des Abschnitts 500 eine Verformung des Mittelteils 501c im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene der 5a erfolgt und sich die resultierenden Biegekanten im Wesentlichen nahe und im Wesentlichen entlang den lateralen Verstärkungsbereichen 550c und 550d erstrecken. Bei einer derartigen Verformung gibt es typischerweise Bereiche am Übergang zwischen dem Endteil 501a und dem Verformungsmittelteil 501c, die als Bereiche 502a gezeigt sind, in denen aufgrund des Auftretens relativ geringer Biegeradien eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Entstehen von Rissen oder Materialermüdungen vorherrscht. Gleiches gilt für Bereiche 502b am Übergang zwischen dem Endteil 501b und dem Mittelteil 501c. Durch eine gezielte Bereitstellung entsprechender Mittel kann eine Beeinflussung der resultierenden Biegeradien und damit eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Materialermüdung in den Bereichen 502a, 502b erreicht werden.
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5b zeigt diesbezüglich eine Schnittansicht des Abschnitts 500 entsprechend der Schnittlinie A, wobei im kritischen Bereich 502a ein entsprechender Stabilisierungsbereich 560a vorgesehen ist, der zu einer Vergrößerung der jeweiligen Biegeradien, die im Bereich 502a auftreten, führt. In ähnlicher Weise ist im kritischen Bereich 502b ein Stabilisierungsbereich 560b vorgesehen, der in ähnlicher Weise eine Vergrößerung der jeweiligen Biegeradien zur Folge hat. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Stabilisierungsbereiche 560a, 560b entsprechende Materialerhebungen 561, 562, 563 auf, die in Form, Anzahl und Abstand so festgelegt sind, dass sich das gewünschte Verformungsverhalten in den kritischen Bereichen 502a, 502b ergibt. In der gezeigten Ausführungsform sind dabei die Elemente 561, 562, 563 als aneinander axial beabstandete ringförmige Elemente oder Elemente in Form von Kreisabschnitten vorgesehen, die sich um die Endteile herum erstrecken, wobei axialer Abstand und/oder axiale Ausdehnung der jeweiligen Elemente 561, 562, 563 so variieren, dass in der Nähe des Endteils im Bereich 502a ein „steiferes” Verhalten erreicht wird, und ein „quasi” kontinuierlicher „Übergang” in der Steifigkeit in Richtung zum Mittelteil hervorgerufen wird. Dies wird erreicht, indem die axiale Ausdehnung des Elements 562 kleiner ist als des Elements 561 und die Ausdehnung des Elements 563 in axialer Richtung wiederum kleiner ist als diejenige des Elements 562. In anderen Ausführungsformen ist gegebenenfalls eine entsprechende Variierung der axialen Abmessungen und/oder Abstände der jeweiligen Elemente nicht erforderlich und diese können mit gleichen Abständen und gleichen axialen Abmessungen vorgesehen werden. In wiederum anderen Ausführungsformen kann zusätzlich zu den oder anstelle der in 5b gezeigten Eigenschaften der Elemente 561, ..., 563 deren Höhe variieren, so dass auch auf diese Weise eine Änderung des lokalen Biegeverhaltens in den kritischen Bereichen 502a, 502b erreicht wird. Auch ist die Anzahl der bereitgestellten Elemente in den Stabilisierungsbereichen 560a, 560b nicht auf drei beschränkt, und es können weniger oder mehr als drei Stabilisierungselemente vorgesehen werden. In wiederum anderen Ausführungsformen können die entsprechenden Stabilisierungselemente in den Bereichen 502a, 502b lokal so vorgesehen werden, dass sie sich nicht vollständig über den gesamten Umfang des Abschnitts 500 erstrecken. Beispielsweise können entsprechende Stabilisierungselemente gezielt in Bereichen vorgesehen werden, die im Wesentlichen den in 5a gezeigten gestrichelten Bereichen 502a, 502b entsprechen.
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6 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Vorrichtung 680 zur Steuerung des Durchflusses mittels eines verformbaren Strömungsleitungsabschnitts 600. Die Vorrichtung 680 ist in der gezeigten Ausführungsform durch gesteuerte und/oder nicht-gesteuerte Ventileinrichtungen 688a, 688b an ein Leitungssystem 690 angekoppelt, so dass eine gewünschte Strömungsrichtung durch die Vorrichtung 680 und somit durch den Leitungsabschnitt 600 einstellbar ist. Insbesondere sind die Ventileinrichtungen 688a, 688b in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform so ausgebildet, dass sie die Funktion der Vorrichtung 680 als Pumpe zum Transportieren von Substanzen, insbesondere von Lebensmittel enthaltenden Substanzen, etwa von Milch, etc., ermöglichen. Die Vorrichtung 680 umfasst eine Druckkammer 681, die mit einem Druckmittel, etwa Druckluft, oder einem anderen geeigneten Medium beaufschlagbar ist und in der der verformbare Strömungsleitungsabschnitt 600 geeignet so angeordnet ist, dass ein nicht gezeigter Strömungskanal mittels Leitungsanschlüssen 685a, 685b an das Leitungssystem 690 angeschlossen ist. Der verformbare Leitungsabschnitt 600 weist Verstärkungsbereiche als erhabene Materialbereiche derart auf, dass das Verformungsverhalten zumindest in einem Mittelteil davon wesentlich durch diese Verstärkungsbereiche bestimmt ist, wie dies auch zuvor im Zusammenhang mit den Ausführungsformen 200, 300, 400 und 500 erläutert ist. Beispielsweise weist in der gezeigten Ausführungsform der Abschnitt 600 Randverstärkungsbereiche 650a, 650b und laterale Verstärkungsbereiche, von denen lediglich ein Verstärkungsbereich 650c gezeigt ist, auf. Der Abschnitt 600 kann jedoch einzeln oder in Kombination die Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform dienen die Randverstärkungsbereiche 650a, 650b als Montagehilfe und als Dichtfläche, wie dies auch bereits zuvor erläutert ist, so dass mittels Befestigungselementen 687a, 687b und zugehörigen Komponenten 684a, 684b einen präzise axiale Positionierung und Einstellung der funktionalen Länge des Abschnitts 600 gewährleistet ist. Ferner kann, wie auch zuvor erläutert ist, durch die lateralen Verstärkungsbereiche 650c, die sich dann auch über die Endteile erstrecken, oder die zumindest entsprechende Verstärkungselemente an den jeweiligen Endteilen aufweisen, auch eine radiale Festlegung der Position der jeweiligen Endteile und damit des gesamten Abschnittes 600 gewährleistet werden. In anderen Ausführungsformen besitzen die Randverstärkungsbereiche 650a, 650b geeignete Positionierelemente zur Einstellung der radialen Position in Bezug auf die Komponenten 684a, 684b, die wiederum fest mit den Leitungsanschlüssen 685a, 685b verbunden sind.
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Beim Betrieb der Vorrichtung 680 wird beispielsweise eine Strömungsrichtung von links nach rechts in 6 gewünscht. Zu diesem Zweck wird bei geschlossener Ventileinrichtung 688b der Strömungskanal in dem Abschnitt 600 bei offener Ventileinrichtung 688a gefüllt oder zumindest teilweise gefüllt, wobei dies durch elastischen Eigenschaften und/oder durch einen Betriebsdruck der Substanz erfolgen kann, die zu transportieren ist. Durch Schließen des Ventils 688a und Öffnen des Ventils 688b und Beaufschlagung der Druckkammer 681 über einen nicht gezeigten Druckanschluss mit einem geeigneten Druckmittel, etwa Druckluft, wird eine Reduzierung des Querschnitts und damit des Volumens des Strömungskanals bewirkt, wie dies auch zuvor erläutert ist, so dass die Substanz über die Ventileinrichtung 688b in das Leitungssystem 690 eingeleitet wird. Nach erfolgter Verformung kann die Ventileinrichtung 688b wieder geschlossen und die Ventileinrichtung 688a geöffnet werden, so dass sich bei Ausdehnung des Abschnitts 600, wenn dieser seine nicht-beaufschlagte Form annimmt, eine erneute Befüllung des Strömungskanals des Abschnitts 600 ergibt. Die Ventileinrichtungen 688a, 688b können ungesteuerte Ventileinrichtungen in Form von Rückschlagventilen sein, wie dies zuvor in Zusammenhang mit der konventionellen Schlauchpumpe in den 1a und 1b erläutert ist. Es können jedoch auch gesteuerte Ventileinrichtungen verwendet werden, insbesondere wenn die Durchflussrichtung während des Betriebs der Vorrichtung 680 geändert werden soll. Die Ventileinrichtungen 688a und/oder 688b können als sogenannte Quetschventile ausgeführt sein, wenn ein direkter Kontakt mit beweglichen Komponenten von Ventilen vermieden werden soll. Dazu kann beispielsweise ein geeignet gestaltetes Schlauchstück gesteuert mit Druck beaufschlagt werden, so dass der darin normalerweise vorhandene Strömungskanal entsprechend verringert oder gänzlich verschlossen wird. In einigen Ausführungsformen können die entsprechenden Schlauchstücke geeignete außenseitig angebrachte Verstärkungsbereiche aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den verformbaren Strömungsleitungsabschnitten 200, ..., 600 beschrieben sind, wobei Länge, Querschnittsfläche, Materialart, Wandstärke, etc., an die Funktion als Ventil angepasst sind. In anderen Varianten können 3 oder mehr im Wesentlichen gleich gestaltete Module in Form der Komponente 680, jedoch ohne Ventileinrichtungen 688a, 688b, als Reihe angeordnet und geeignet angesteuert werden, so dass sich die Ventilfunktion und die Pumpfunktion ergeben.
