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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, mit einer Ventilkammer, in die mit einer von einem Ventilsitz umrahmten Zuströmöffnung ein Zuströmkanal einmündet und die mit einer Abströmöffnung kommuniziert, wobei in der Ventilkammer ein zwischen einer an dem Ventilsitz anliegenden Schließstellung und mindestens einer von dem Ventilsitz abgehobenen und dadurch eine Fluidverbindung zwischen der Zuströmöffnung und der Abströmöffnung freigebenden Offenstellung bewegliches Rückschlagventilglied angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine mit mindestens einem solchen Rückschlagventil ausgestattete Ventilanordnung.
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Ein aus der
DE 20 2005 016 282 U1 bekanntes Rückschlagventil der vorgenannten Art enthält ein außen im Wesentlichen sternförmig konturiertes Rückschlagventilglied, das in einer Ventilkammer axial beweglich angeordnet ist und durch Federmittel ständig in eine Schließstellung vorgespannt ist, in der es an einem eine Zuströmöffnung umrahmenden Ventilsitz anliegt. Steht an dem Rückschlagventilglied eine Druckdifferenz zu Gunsten der Zuströmöffnung an, kann ein über die Zuströmöffnung zuströmendes Fluid das Rückschlagventilglied vom Ventilsitz abheben und durch die Ventilkammer hindurch zu einer Abströmöffnung gelangen. Bei umgekehrten Druckverhältnissen verharrt das Rückschlagventilglied in der Schließstellung. Zwar kann dem bekannten Rückschlagventil eine zuverlässige Funktionsweise bescheinigt werden, es hat jedoch gewisse Defizite hinsichtlich des in den Offenstellungen freigebbaren Strömungsquerschnittes und seines Ansprechverhaltens.
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Ein aus der
EP 2 226 537 31 bekanntes Rückschlagventil verfügt über ein Rückschlagventilglied, das von einem Überströmkanal durchsetzt ist, der in einem gewissen Versatz zur Zuströmöffnung angeordnet ist, sodass er nur in den vom Ventilsitz abgehobenen Offenstellungen des Rückschlagventilgliedes vom Fluid durchströmt werden kann. Aufgrund von Richtungsänderungen der Fluidströmung beim Hindurchströmen durch das Rückschlagventilglied ist die Strömungscharakteristik bei diesem Rückschlagventil in der Offenstellung nicht optimal.
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Die vorgenannte
EP 2 226 537 B1 offenbart auch eine Ventilanordnung, die über mehrere Ventileinheiten verfügt, die über individuelle Entlüftungskanäle an einen gemeinsamen Sammel-Entlüftungskanal angeschlossen sind, wobei in den Verlauf der individuellen Entlüftungskanäle ein Rückschlagventil eingeschaltet ist, das eine gegenseitige Beeinflussung der Ventileinheiten durch den im Sammel-Entlüftungskanal herrschenden Druck verhindert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompakt und einfach aufgebautes und dennoch zur Bereitstellung eines relativ großen Strömungsquerschnittes geeignetes Rückschlagventil zu schaffen. Ferner soll eine mit einem solchen Rückschlagventil ausgestattete Ventilanordnung bereitgestellt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit einem Rückschlagventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Rückschlagventilglied von einem biegeelastischen Membranelement gebildet ist, das an seiner der Zuströmöffnung entgegengesetzten Seite von einem Abstützsteg überquert ist, um den es in seiner Offenstellung unter elastischer Verformung partiell herumgebogen ist.
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Die Aufgabe wird ferner durch eine Ventilanordnung gelöst, die mit mehreren Ventileinheiten ausgestattet ist, die jeweils mittels eines individuellen Entlüftungskanals an einen gemeinsamen Sammel-Entlüftungskanal angeschlossen sind und die jeweils ein Steuerventilglied enthalten, das ausgebildet ist, um in einer Entlüftungsstellung den individuellen Entlüftungskanal mit mindestens einem mit einem Verbraucher verbindbaren oder verbundenen Arbeitskanal der betreffenden Ventileinheit zu verbinden, wobei in dem individuellen Rückschlagventil ein in dem oben genannten Sinne ausgestaltetes Rückschlagventil angeordnet ist.
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In Abkehr von einer starren Struktur ist das Rückschlagventilglied des erfindungsgemäßen Rückschlagventils von einem biegeelastischen Membranelement gebildet, das durch eine Gestaltänderung zwischen der Schließstellung und den Offenstellungen umschaltbar ist. Das bevorzugt einstückig ausgebildete Membranelement liegt in der Schließstellung unter Abdichtung an dem die Zuströmöffnung umrahmenden Ventilsitz an, wobei es an seiner von der Zuströmöffnung abgewandten Oberseite von einem Abstützsteg überbrückt ist. An diesen Abstützsteg kann sich das Membranelement anlegen, wenn es von der Seite der Zuströmöffnung her mit einem bezüglich der Abströmseite höheren Druck beaufschlagt wird. Dabei biegt sich das Membranelement partiell um den Abstützsteg herum und kann auf diese Weise einen relativ großen Strömungsquerschnitt innerhalb der Ventilkammer freigeben. Während das Membranelement in der Schließstellung zweckmäßigerweise eine ebene, quer zur ankommenden Strömung ausgerichtete Erstreckung hat, kann der verformte Membranabschnitt in der maximalen Offenstellung zweckmäßigerweise eine mit der Strömungsrichtung zusammenfallende Ausrichtung haben, sodass das Druckmedium ohne nennenswerte Drosselung vorbeiströmen kann. Der Grad der elastischen Verformung des Membranelementes kann von der an dem Membranelement anstehenden Druckdifferenz und/oder vom Durchfluss abhängen. Ein weiterer Vorteil des Rückschlagventils ist das gute Ansprechverhalten und die Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung.
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Kommt das Rückschlagventil in den Ventileinheiten einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung zum Einsatz, kann es wirksam dafür Sorge tragen, dass sich ein im Sammel-Entlüftungskanal aufbauender Gegendruck nicht auf den in den Arbeitskanälen der Ventileinheiten herrschenden Druck auswirkt. Mithin können ungewollte und unkontrollierte Betätigungen von an die Ventileinheiten angeschlossenen Verbrauchern vermieden werden. Gleichwohl bietet das Rückschlagventil den Vorteil eines im Entlüftungsfall sehr großen zur Verfügung stehenden Abströmquerschnittes, sodass die Funktion der angeschlossenen Verbraucher nicht beeinträchtigt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Das Membranelement hat zweckmäßigerweise zwei den es überspannenden Abstützsteg diesseits und jenseits überragende Membranabschnitte, die als Membranflügel bezeichenbar sind und die beide beim Übergang in die Offenstellung um den Abstützsteg herumbiegbar sind. Somit kann das elastisch reversibel verformbare Membranelement in der Offenstellung auf beiden Seiten des Abstützsteges einen Strömungsweg freigeben. In diesem Zusammenhang ist die Zuströmöffnung vorzugsweise so ausgebildet, dass in der Schließstellung des Rückschlagventils jeder der beiden Membranflügel des Membranelementes mindestens einen Öffnungsabschnitt der Zuströmöffnung verschließt.
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Die Zuströmöffnung kann sich aus einer einzigen Öffnung zusammensetzen oder auch vorzugsweise aus mehreren Teilöffnungen, die aufgrund ihres kleineren Querschnittes durch das elastische Membranelement einfacher und zuverlässiger abdichtbar sind.
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Ein besonderer Vorteil des Rückschlagventils besteht darin, dass das Membranelement durch das Zusammenwirken mit dem Abstützsteg eine kontrollierte Verformung erfährt, wenn es aus der Schließstellung in eine Offenstellung umgebogen wird. Die Verformung erfolgt zweckmäßigerweise ausschließlich in einer einzigen Ebene, die rechtwinkelig zur Längsachse des Abstützsteges orientiert ist. Folglich hat das Membranelement auch keine Neigung zur Faltenbildung. Die Struktur des Membranelementes wird bei der Verformung dementsprechend nur wenig beansprucht, was der Lebensdauer zugute kommt.
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Der Abstützsteg erstreckt sich zweckmäßigerweise über einen Abstützabschnitt des Membranelementes hinweg, von dem an einander entgegengesetzten Seiten jeweils einer von zwei Membranflügeln wegragt. Mit anderen Worten ist dieser Abstützabschnitt von den beiden Membranflügeln flankiert. Der Abstützabschnitt ist insbesondere ausgebildet, um sich an dem Abstützsteg abzustützen und dadurch in diesem Bereich eine vom Strömungsdruck hervorgerufene Verlagerung des Membranelementes zu verhindern.
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Bei dem Membranelement handelt es sich vorzugsweise um ein individuelles Bauteil, das als Einlegeteil zwischen den Ventilsitz und den Abstützsteg bevorzugt lose eingelegt ist. Die Fixierung des Membranelementes in der Strömungsrichtung des wahlweise durchzulassenden oder abzusperrenden Fluides erfolgt zweckmäßigerweise ausschließlich durch das Zusammenwirken zwischen dem Abstützsteg und dem Ventilsitz oder einem den Ventilsitz definierenden Boden der Ventilkammer.
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Die Ausgestaltung des Membranelementes als Einlegeteil vereinfacht die Herstellung und Montage des Rückschlagventils. Dies insbesondere dann, wenn die Ventilkammer von einem Rückschlagventilgehäuse definiert wird, bezüglich dem der Abstützsteg als separates Bauteil ausgebildet ist, das erst nach dem Einlegen des Membranelementes montiert wird, um das Membranelement lokal zu fixieren.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Ventilkammer über einen den Ventilsitz aufweisenden Boden verfügt, von dem mindestens ein Haltevorsprung hochragt, der eine Halteöffnung des Membranelementes durchsetzt und an dem der Abstützsteg anliegt. Dadurch, dass das Membranelement von dem mindestens einen Haltevorsprung durchsetzt ist, ist es sicher festgehalten und wird von Strömungskräften nicht mitgerissen oder in sonstiger Weise in seiner angestrebten Ausrichtung beeinträchtigt.
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Der Abstützsteg ist zweckmäßigerweise ortsfest bezüglich des Ventilsitzes angeordnet, sodass er eine feste Relativposition bezüglich des Ventilsitzes einnimmt und eine stabile Abstützung für das Membranelement gewährleisten kann.
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Das Membranelement kann prinzipiell jede beliebe Außenkontur haben. Es kann beispielsweise kreisrund konturiert sein. Als besonders zweckmäßig wird eine unrunde und dabei insbesondere längliche Außenkontur angesehen, da dies in Verbindung mit einem es im mittleren Bereich überquerenden Abstützsteg eine gute Möglichkeit bietet, beidseits des Abstützsteges umbiegbare Membranabschnitte vorzusehen, die jeweils einen Teilquerschnitt der Zuströmöffnung kontrollieren können.
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Das Membranelement ist bevorzugt verdrehgesichert in der Ventilkammer platziert. Die Verdrehsicherung erfolgt vorzugsweise ausschließlich durch formschlüssige Maßnahmen. Insbesondere kann in dem von dem Abstützsteg überbrückten Bereich an einem oder an beiden einander entgegengesetzten Randabschnitten eine Verdrehsicherungsaussparung in dem Membranelement vorgesehen sein, in die ein bezüglich des Ventilsitzes ortsfester Verdrehsicherungsvorsprung eingreift. Die Verdrehsicherungsmaßnahme ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Membranelement über eine unrunde Außenkontur verfügt.
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Das Membranelement ist vorzugsweise von einem einstückigen Membrankörper gebildet. Zeckmäßigerweise ist das Membranelement so gestaltet, dass es im unverformten Neutralzustand eine ebene Ausdehnung hat. Vorzugsweise liegt diese ebene Ausdehnung auch in der Schließstellung des Membranelementes beziehungsweise des Rückschlagventilgliedes vor. Hat das Membranelement eine zweiflügelige Formgebung mit zwei diesseits und jenseits über den Abstützsteg hinausragenden Membranflügeln, kann das Membranelement zweckmäßigerweise eine derart umgebogene Offenstellung einnehmen, dass es eine U-förmige Gestalt einnimmt.
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Das Membranelement besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Elastomermaterial. Auch eine Metallausführung aus einer dünnen Metallfolie ist allerdings möglich.
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Um die Beanspruchung des Membranelementes bei den reversiblen Biegevorgängen so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Abstützsteg zumindest an seinen mit dem Membranelement in Kontakt stehenden Flächenabschnitten konvex und bevorzugt zylindrisch gestaltet ist. Vorzugsweise ist der gesamte Abstützsteg zylindrisch konturiert. Als besonders zweckmäßig wird eine Ausgestaltung als eigenständiges Element nach Art eines Zylinderstiftes angesehen.
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Das Rückschlagventil ist vorzugsweise mit einem die Ventilkammer definierenden und insbesondere topfförmig ausgebildeten Rückschlagventilgehäuse ausgestattet, das den Abstützsteg trägt. Der Abstützsteg kann dabei durchaus einstückig an dem Rückschlagventilgehäuse angeformt sein. Als vorteilhafter wird allerdings eine bezüglich des Rückschlagventilgehäuses separate Ausgestaltung des Abstützsteges angesehen, weil dies den Zusammenbau des Rückschlagventils und insbesondere den Einbau des Membranelementes erleichtert. Eine bevorzugte Zusammenbaumaßnahme sieht vor, das Membranelement im noch nicht montierten Zustand des Abstützsteges in die Ventilkammer einzulegen und erst anschließend den Abstützsteg an dem Rückschlagventilgehäuse zu befestigen, sodass das Membranelement zwischen dem Rückschlagventilgehäuse und dem Abstützsteg gehalten ist. In diesem Zusammenhang bietet sich vor allem eine Fixierung des Abstützsteges mittels einer Rastverbindungseinrichtung an. Diese Rastverbindung ist vorzugsweise von lösbarer Art, sodass im Falle einer doch einmal auftretenden Beschädigung ein leichter Austausch des elastisch biegbaren Membranelementes möglich ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung, die mit erfindungsgemäßen Rückschlagventilen einer bevorzugten Gestaltung ausgestattet ist, wobei die Ventilanordnung in einem Querschnitt gemäß Schnittlinie III-III aus 2 isometrisch abgebildet ist,
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2 eine Draufsicht der Ventilanordnung aus 1 mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1,
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3 einen Querschnitt durch die Ventilanordnung gemäß Schnittlinie III-III aus 2,
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4 eine Einzeldarstellung eines Rückschlagventils, das bevorzugt in Verbindung mit einer Ventilanordnung der 1 bis 3 zum Einsatz kommt, wobei es in dem in 1 strichpunktiert umrahmten Bereich IV eingebaut sein kann, wobei die Einzeldarstellung des Rückschlagventils eine im Vergleich zu den 1 bis 3 umgekehrte Ausrichtung zeigt, sodass die Zuströmöffnung unten und die Abströmöffnung oben liegt,
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5 eine weitere Abbildung des Rückschlagventils aus 4 aus einer anderen Blickrichtung,
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6 das Rückschlagventil der 4 und 5 in einem teilweise geschnittenen Zustand,
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7 eine Explosionsdarstellung des Rückschlagventils, aus der die separaten Komponenten in Gestalt eines Rückschlagventilgehäuses, eines als Rückschlagventilglied fungierenden Membranelementes und eines einen Abstützsteg bildenden Zylinderstiftes sichtbar sind,
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8 eine Draufsicht des Rückschlagventils mit Blickrichtung gemäß Pfeil VIII aus 4, wobei der Abstützsteg nur strichpunktiert angedeutet ist,
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9 eine Seitenansicht des Rückschlagventils mit Blickrichtung gemäß Pfeil IX aus 4,
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10 einen Querschnitt des Rückschlagventils gemäß Schnittlinie X-X aus 8, wobei das Membranelement in der Schließstellung gezeigt ist, und
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11 einen weiteren Querschnitt des Rückschlagventils in einer bezüglich 10 geringfügig versetzten Schnittlinie XI-XI aus 8, wobei das Membranelement in seiner elastisch verformten maximalen Offenstellung gezeigt ist.
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Die 1 bis 3 illustrieren eine Ventilanordnung 1, die über einen bevorzugt plattenförmigen oder blockförmigen Ventilträger 2 verfügt, der an einer Bestückungsfläche 3 mit mehreren individuellen Ventileinheiten 4 bestückt ist.
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Die Ventileinheiten 4 sind in Achsrichtung einer Hauptachse 5 aufeinanderfolgend angeordnet und enthalten in einem Ventilgehäuse 6 jeweils mindestens ein zwischen verschiedenen Schaltstellungen bewegbares Steuerventilglied 7. Die momentane Schaltstellung des Steuerventilgliedes 7 ist durch eine Betätigungseinrichtung 8 einer jeweiligen Ventileinheit 4 vorgebbar, bei der es sich vorzugsweise um eine elektrisch betätigbare Vorsteuerventileinrichtung handelt, die mindestens ein elektrisch betätigbares Vorsteuerventil enthält.
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Jede Ventileinheit 4 enthält mindestens einen Arbeitskanal 12, der mit einem nicht weiter illustrierten Verbraucher verbindbar ist, der durch die Ventilanordnung 1 angesteuert werden soll. In diesem Zusammenhang ist an dem Arbeitskanal 12 ein Druckmedium, insbesondere Druckluft, wahlweise ausgebbar oder rückführbar.
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Das an den Arbeitskanälen 12 ausgebbare Druckmedium wird den Ventileinheiten 4 in einem Sammel-Speisekanal 13 zur Verfügung gestellt, der in dem Ventilträger 2 verläuft und der an der Bestückungsfläche 3 mit jeder der Ventileinheiten 4 kommuniziert. Der Sammel-Speisekanal 13 erhält das Druckmedium von einer nicht weiter abgebildeten externen Druckquelle.
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Das Steuerventilglied 7 jeder Ventileinheit 4 ist im Ventilgehäuse 6 unter anderem derart positionierbar, dass es eine Verbindung zwischen dem Sammel-Speisekanal 13 und dem Arbeitskanal 12 der zugeordneten Ventileinheit 4 herstellt, um den an den Arbeitskanal 12 angeschlossenen Verbraucher mit Druckmedium zu versorgen.
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Die Ventilanordnung 1 ist auch mit mindestens einem Sammel-Entlüftungskanal 14 ausgestattet, an den sämtliche Ventileinheiten 4 fluidisch angeschlossen sind. Der Sammel-Entlüftungskanal 14 kommuniziert einerseits mit der Atmosphäre und ist andererseits durch entsprechende Betätigung der Ventileinheiten 4 mit jedem beliebigen der Arbeitskanäle 12 verbindbar, um vom angeschlossenen Verbraucher stammendes Druckmedium zu empfangen und zur Druckentlastung des Verbrauchers an die Atmosphäre zu entlüften. Zu diesem Zweck ist jede Ventileinheit 4 mittels eines individuellen Entlüftungskanals 15 an den Sammel-Entlüftungskanal 14 angeschlossen. Das Steuerventilglied 7 jeder Ventileinheit 4 ist unter anderem so positionierbar, dass mindestens ein Arbeitskanal 12 der betreffenden Ventileinheit 4 mit dem zugeordneten individuellen Entlüftungskanal 15 kommuniziert und auf diese Weise die angestrebte Verbindung zwischen dem Arbeitskanal 12 und dem Sammel-Entlüftungskanal 14 hergestellt ist.
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Der Sammel-Entlüftungskanal 14 erstreckt sich exemplarisch in dem bevorzugt vorhandenen Ventilträger 2. Jeder individuelle Entlüftungskanal 15 hat in diesem Zusammenhang einen zwischen dem Sammel-Entlüftungskanal 14 und der Bestückungsfläche 3 verlaufenden ersten Entlüftungskanalabschnitt 15a und einen im Ventilgehäuse 6 der zugeordneten Ventileinheit 4 verlaufenden zweiten Entlüftungskanalabschnitt 15b, der die Verbindung zwischen dem ersten Entlüftungskanalabschnitt 15a und einer das Steuerventilglied 7 aufnehmenden Steuerventilkammer 16 herstellt. Der zweite Entlüftungskanalabschnitt 15b mündet an der der Bestückungsfläche 3 zugewandten Unterseite des Ventilgehäuses 6 aus, sodass er mit einer an der Bestückungsfläche 3 vorhandenen Ausmündung des ersten Entlüftungskanalabschnittes 15a in Fluidverbindung steht.
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Die Ventilanordnung 1 kann auch ohne einen individuellen einteiligen Ventilträger 2 realisiert sein, wobei dann der Sammel-Speisekanal 13 und der Sammel-Entlüftungskanal 14 unmittelbar die Ventileinheiten 4 durchsetzen können. Ebenso ist eine Ausführung der Ventilanordnung 1 möglich, bei der der Ventilträger 2 modular aufgebaut ist und sich aus mehreren in Achsrichtung der Hauptachse 5 aneinandergereihten Ventilträgersegmenten zusammensetzt.
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Mindestens einer und vorzugsweise jeder Ventileinheit 4 ist ein Rückschlagventil 17 zugeordnet, das in den Verlauf des zugehörigen individuellen Entlüftungskanals 15 eingeschaltet ist. Exemplarisch sitzt das Rückschlagventil 17 in dem in der Ventileinheit 4 ausgebildeten zweiten Entlüftungskanalabschnitt 15b, jedoch kann es ebenso alternativ in dem im Ventilträger 2 angeordneten ersten Entlüftungskanalabschnitt 15a angeordnet sein.
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Das Rückschlagventil 17, von dem in den 4 bis 11 in einer Einzeldarstellung eine bevorzugte Ausführungsform illustriert ist, ist dadurch charakterisiert, dass es nur in einer Richtung eine Fluidströmung durchlässt. Diese Strömungsrichtung sei als Durchlassrichtung bezeichnet. In der entgegengesetzten Strömungsrichtung sperrt das Rückschlagventil 17, sodass hier von einer Sperrrichtung gesprochen werden kann.
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Das Rückschlagventil 17 ist derart im individuellen Entlüftungskanal 15 angeordnet, dass die Durchlassrichtung zum Sammel-Entlüftungskanal 14 weist. Somit ist eine uneingeschränkte Entlüftung eines an den Arbeitskanal 12 angeschlossenen Verbrauchers durch den individuellen Entlüftungskanal 15 hindurch und über den sich daran anschließenden Sammel-Speisekanal 13 hinweg zur Atmosphäre hin möglich. Da das Rückschlagventil 17 in der Gegenrichtung sperrt, ist jedoch eine entgegengesetzte Fluidströmung durch den individuellen Entlüftungskanal 15 hindurch, also ausgehend vom Sammel-Entlüftungskanal 14 zu einem Arbeitskanal 12, verhindert. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass sich im Sammel-Entlüftungskanal 14 einstellende Druckerhöhungen, die durch das gleichzeitige Entlüften mehrerer Ventileinheiten 4 hervorgerufen werden können, nicht auf den im Arbeitskanal 12 herrschenden Fluiddruck auswirken können. Auf diese Weise ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit der Ventilanordnung 1.
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Nachfolgend wird anhand der 4 bis 11 der bevorzugte Aufbau eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 17 näher erläutert.
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Das Rückschlagventil 17 ist ausgebildet, um in einem Fluidkanal einer Ventilanordnung, insbesondere in einem einer Ventileinheit 4 zugeordneten individuellen Entlüftungskanal 15, platziert zu werden. Es verfügt in diesem Zusammenhang über ein Rückschlagventilgehäuse 23, das mit Befestigungsmitteln 24 ausgestattet ist, die eine Fixierung in dem erwähnten Fluidkanal ermöglichen. Exemplarisch sind die Befestigungsmittel 24 als Gewindemittel ausgeführt und ermöglichen eine Einschraubbefestigung in einem Fluidkanal. Alternativ könnten die Befestigungsmittel 24 auch für eine Rastverbindung oder für eine Einpressverbindung ausgelegt sein, wobei diese Aufzählung nicht als abschließend zu verstehen ist.
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Am Außenumfang des Rückschlagventilgehäuses 23 ist zweckmäßigerweise eine ringförmige Dichtung 20 angeordnet, die im in einen Fluidkanal eingesetzten Zustand des Rückschlagventils 17 eine Abdichtung zwischen dem Rückschlagventilgehäuse 23 und der Wandung des Fluidkanals bewirkt. Alternativ kann auch ein Schicht aus dichtendem Material wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen auf die Gewindemittel aufgebracht sein.
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Es ist auch möglich, unmittelbar das Ventilgehäuse 6 oder den Ventilträger 2 einer Ventilanordnung 1 als Rückschlagventilgehäuse 23 zu nutzen. In diesem Fall ergibt sich eine Kostenersparnis, weil auf ein individuelles, eigenständiges Rückschlagventilgehäuse 23 verzichtet werden kann.
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Wenn also im Folgenden von einem Rückschlagventilgehäuse 23 die Rede ist, ist damit im Besonderen ein eigenständiges Rückschlagventilgehäuse 23 nach dem Vorbild der 4 bis 11 gemeint, jedoch soll darunter auch jegliche andere Komponente einer Ventilanordnung 1 verstanden werden, die die Funktion des Rückschlagventilgehäuses 23 übernehmen kann.
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Das Rückschlagventilgehäuse 23 hat eine Längsachse 25 und definiert in seinem Innern eine Ventilkammer 26. Axial einenends ist die Ventilkammer 26 von einem Boden 27 begrenzt, der ein Bestandteil des Rückschlagventilgehäuses 23 ist. An den Boden 27 schließt sich in Achsrichtung der Längsachse 25 eine periphere Umfangswand 28 des Rückschlagventilgehäuses 23 in bevorzugt einstückiger Verbindung an, durch die die Ventilkammer 26 radial außenseitig begrenzt ist. Die Befestigungsmittel 24 sind vorzugsweise außen an der Umfangswand 28 angeordnet.
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Der Boden 27 ist von einem Zuströmkanal 31 durchsetzt, der sich beim Ausführungsbeispiel aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Teilkanälen 31a, 31b, 31c, 31d zusammensetzt. Dieser Zuströmkanal 31 mündet mit einer Zuströmöffnung 18 in die Ventilkammer 26 ein, die sich beim Ausführungsbeispiel entsprechend der Mehrzahl von Teilkanälen 31a–31d aus einer Mehrzahl von Teilöffnungen 18a, 18b, 18c, 18d zusammensetzt. Alternativ kann der Zuströmkanal 31 auch von einem einheitlichen Kanal und die Zuströmöffnung 18 von einer einheitlichen Öffnung gebildet sein.
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Der Boden 27 hat einen zentralen Bereich 32, durch den auch die Längsachse 25 hindurchgeht. Die Teilöffnungen 18a–18d. sind zweckmäßigerweise mit Abstand zueinander rings um diesen zentralen Bereich 32 herum verteilt. Exemplarisch setzt sich die Zuströmöffnung 18 aus insgesamt vier Teilöffnungen 18a–18d zusammen.
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Die Zuströmöffnung 18 ist von einem der Ventilkammer 26 zugewandten Ventilsitz 33 umrahmt. Der Ventilsitz 33 ist von der die Zuströmöffnung 18 umgebenden axialen Bodenfläche 34 des Bodens 27 gebildet. Sofern wie beim Ausführungsbeispiel die Zuströmöffnung 18 aus mehreren Teilöffnungen 18a–18d gebildet ist, wird zweckmäßigerweise jede einzelne Teilöffnung 18a–18d von dem Ventilsitz 33 umrahmt, der mithin eine maskenartige Formgebung haben kann. Zusätzlich oder alternativ können sämtliche Teilöffnungen 18a–18d auch gemeinsam von einem einzigen Ventilsitz 33 umrahmt sein.
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Beim Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz 33 flächenbündig mit der axialen Bodenfläche 34 ausgebildet. Er kann allerdings ohne weiteres auch eine erhabene Struktur haben und die Zuströmöffnung 18 insbesondere kragenartig umrahmen, sodass er bezüglich der axialen Bodenfläche 34 in Richtung zur Ventilkammer 26 vorsteht.
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In die Ventilkammer 26 mündet mit axialem Abstand zu der Zuströmöffnung 18 eine Abströmöffnung 19 ein. Beim Ausführungsbeispiel liegt die Abströmöffnung 19 der Zuströmöffnung 18 in Achsrichtung der Längsachse 25 mit Abstand gegenüber. Auch die Abströmöffnung 19 kann sich aus mehreren Teilöffnungen zusammensetzen, besteht vorzugsweise jedoch zu Gunsten eines möglichst großen Querschnittes aus einer einzigen Öffnung. Exemplarisch ist die Abströmöffnung 19 unmittelbar von der Umfangswand 28 des Rückschlagventilgehäuses 23 peripher begrenzt. Anders ausgedrückt mündet beim Ausführungsbeispiel die Ventilkammer 26 direkt an einer dem Boden 27 gegenüberliegenden Gehäuseoberseite des Rückschlagventilgehäuses 23 aus, wobei die entsprechende obere Öffnung der Ventilkammer 26 die Abströmöffnung 19 bildet.
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Das Rückschlagventilgehäuse 23 hat vorzugsweise eine topfförmige Gestalt, wobei der Boden 27 den Topfboden und die Umfangswand 28 die Topfseitenwand bildet. An der dem Boden 27 gegenüberliegenden Seite, die als Oberseite bezeichnet sei, ist das Rückschlagventilgehäuse 23 unter Bildung der Abströmöffnung 19 offen.
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Die Abströmöffnung 19 mündet zu einer als obere Stirnfläche 35 bezeichneten Stirnfläche des Rückschlagventilgehäuses 23 aus. Diese obere Stirnfläche 35 umrahmt die Abströmöffnung 19.
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Im Innern der Ventilkammer 26 befindet sich ein Rückschlagventilglied 36 des Rückschlagventils 17. Dieses Rückschlagventilglied 36 besteht aus einem biegeelastischen Membranelement 37, sodass im Folgenden die Bezeichnungen Rückschlagventilglied 36 und Membranelement 37 als Synonyme verwendet werden.
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Wie insbesondere auch aus 7 ersichtlich ist, hat das Membranelement 37 eine flache Gestalt mit relativ dünner Materialstärke. Im von äußeren Kräften unbeeinflussten Neutralzustand hat das Membranelement 37 zweckmäßigerweise eine ebene Ausdehnung. Das Membranelement 37 hat auch eine Hochachse 38, die rechtwinkelig zur Membranebene verläuft. Das Membranelement 37 ist zweckmäßigerweise derart in der Ventilkammer 26 angeordnet, dass seine Hochachse 38 parallel zu der Längsachse 25 verläuft und mit dieser Längsachse 25 insbesondere zusammenfällt. Dementsprechend erstreckt sich das Membranelement 37 in der Ventilkammer 26 rechtwinkelig zu der Längsachse 25.
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Das Membranelement 37 hat biegeelastische Eigenschaften. Es ist also reversibel elastisch biegbar. Durch Aufbringung externer Kräfte ist es prinzipiell beliebig verformbar, wobei es nach Wegnahme der externen Kräfte selbständig wieder in den unverformten Neutralzustand zurückkehrt.
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Das Membranelement 37 ist zweckmäßigerweise ein einstückiger Körper. Ferner besteht das Membranelement 37 zweckmäßigerweise aus einem elastisch biegbaren Kunststoffmaterial oder auch aus einem Metall oder aus einem Materialmix. Bevorzugt ist es aus einem Elastomermaterial hergestellt.
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Das Membranelement 37 ist dem Boden 27 vorgelagert, wobei es unter Einnahme einer aus 6, 8 und 10 ersichtlichen Schließstellung an dem die Zuströmöffnung 18 umrahmenden Ventilsitz 33 unter Abdichtung anliegt. Diese Schließstellung entspricht zweckmäßigerweise dem unverformten Neutralzustand des Membranelementes 37. In der Schließstellung wird die Zuströmöffnung 18 von dem Membranelement 37 in der Ventilkammer 26 abgedeckt. Dabei ist eine Unterseite 43 des Membranelementes 37 dem Ventilsitz 33 beziehungsweise dem Boden 27 zugewandt und liegt unter Abdichtung an dem Ventilsitz 33 an.
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Das Rückschlagventil 17 enthält einen Abstützsteg 42, der das Rückschlagventilglied 36 beziehungsweise das Membranelement 37 an seiner der Zuströmöffnung 18 abgewandten Seite, die als Oberseite 44 bezeichnet sei, überquert. Dabei durchquert der Abstützsteg 42 zweckmäßigerweise die Ventilkammer 26, und zwar insbesondere diametral. Der Abstützsteg 42 bewirkt somit eine lokale Unterteilung des Querschnittes der Ventilkammer 26 in einen ersten Ventilkammerabschnitt 26a und einen zweiten Ventilkammerabschnitt 26b. Beide Ventilkammerabschnitte 26a, 26b sind von einem zwischen der Zuströmöffnung 18 und der Abströmöffnung 19 übertretenden Fluid durchströmbar.
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Obgleich es prinzipiell möglich wäre, den Abstützsteg 42 und das Rückschlagventilgehäuse 23 einstückig miteinander auszubilden, wird aus Gründen eines einfachen Zusammenbaus des Rückschlagventils 17 vorgezogen, den Abstützsteg 42 als bezüglich des Rückschlagventilgehäuses 23 separates Bauteil auszuführen. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel zu. Der Zusammenbau des Rückschlagventils 17 erfolgt dann vorzugsweise derart, dass im noch nicht montierten Zustand des Abstützsteges 42 zunächst das Membranelement 37 durch die Abströmöffnung 19 hindurch in die Ventilkammer 26 eingesetzt wird und anschließend der Abstützsteg 42 am Rückschlagventilgehäuse 23 befestigt wird.
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In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Membranelement 37 als individuelles Einlegeteil lose zwischen den Ventilsitz 33 und den Abstützsteg 42 eingelegt ist. Das Membranelement 37 wird also in der Achsrichtung der auch die Längsachse der Ventilkammer 26 definierenden Längsachse 25 nur durch Anlage an einerseits dem Boden 27 des Rückschlagventilgehäuses 23 und andererseits an der Unterseite des Abstützsteges 42 unverlierbar festgehalten. Auf weitere axial wirkende Befestigungsmaßnahmen wie zum Beispiel Verkleben oder Vernieten kann somit vorteilhafterweise verzichtet werden.
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Das Membranelement 37 hat einen bevorzugt flächenmittig angeordneten Membranabschnitt, der als Abstützabschnitt 45 bezeichnet sei und der unmittelbar unterhalb des Abstützsteges 42 liegt. Der Abstützsteg 42 verhindert im Zusammenwirken mit dem Abstützabschnitt 45 eine gesamthafte axiale Verlagerung des Membranelementes 37 in der Längsrichtung der Ventilkammer 26.
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Die in der Richtung des Durchmessers der Ventilkammer 26 gemessene Breite des Abstützsteges 42 ist kleiner als der Durchmesser der Ventilkammer 26. Außerdem ist das Rückschlagventil 17 insbesondere so ausgelegt, dass in einer von der Abströmöffnung 19 her erfolgenden axialen Ansicht des Rückschlagventils 17 die Zuströmöffnung 18 mit zumindest einem Anteil ihrer Querschnittsfläche neben dem Abstützsteg 42 liegt und, ohne durch den Abstützsteg 42 verdeckt zu werden, mit einem der beiden Ventilkammerabschnitte 26a, 26b fluchtet. Folglich ist bei offener Zuströmöffnung 18 eine in 11 durch Pfeile illustrierte axiale Fluidströmung 46 zwischen der Zuströmöffnung 18 und der Abströmöffnung 19 beidseits an dem Abstützsteg 42 vorbei möglich, und zwar insbesondere eine zumindest im Wesentlichen geradlinige Fluidströmung 46.
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Das Rückschlagventil 17 wird in Verbindung mit einer Ventilanordnung der 1 bis 3 derart eingesetzt, dass die Abströmöffnung 19 dem Sammel-Entlüftungskanal 14 zugewandt ist. Sollte daher in dem Sammel-Entlüftungskanal 14 ein höherer Fluiddruck anstehen als an der mit einem Arbeitskanal 12 verbundenen Zuströmöffnung 18, wird das Membranelement 37 aufgrund der sich einstellenden Differenzkraft an den Ventilsitz 33 angedrückt und verharrt in der in 10 illustrierten Schließstellung. Ein Fluidübertritt von der Abströmöffnung 19 zur Zuströmöffnung 18 ist folglich ausgeschlossen.
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Steht an dem Membranelement 37 allerdings eine Druckdifferenz zu Gunsten der Zuströmöffnung 18 an, was bei der Ventilanordnung der 1 bis 3 dann der Fall ist, wenn ein mit der Zuströmöffnung 18 verbundener Verbraucher zu dem Sammel-Entlüftungskanal 14 hin entlüftet werden soll, ist das Membranelement 37 in der Lage, durch reversible elastische Verformung seine Gestalt zu ändern und in eine exemplarisch in 11 illustrierte Offenstellung ”umzuschalten”, in der die Fluidverbindung zwischen der Zuströmöffnung 18 und der Abströmöffnung 19 freigegeben ist.
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Die dabei auftretende Verformung des Membranelementes 37 äußert sich in einem partiellen Herumbiegen des Membranelementes 37 um den das Membranelement 37 überbrückenden Abstützsteg 42 herum. Dabei verändert das Membranelement 37 seine Form aus dem flachen, ebenen Neutralzustand in einen aus 11 ersichtlichen gewölbten Zustand. Lediglich der sich von unten her am Abstützsteg 42 abstützende Abstützabschnitt 45 des Membranelementes 37 bleibt zumindest im Wesentlichen unverändert in Position. Die übrigen, sich beidseits an den Abstützabschnitt 45 anschließenden äußeren Membranabschnitte heben vom Ventilsitz 33 ab und schmiegen sich an die Außenumfangsfläche 47 des Abstützsteges 42 an. Diese beiden vom Ventilsitz 33 abhebenden Membranabschnitte seien im Folgenden aufgrund ihrer Gestaltung auch als Membranflügel 48a, 48b bezeichnet.
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Die beiden Membranflügel 48a, 48b ragen längsseits beidseits des Abstützsteges 42 über den Abstützsteg 42 hinaus, wobei sie sich unmittelbar an den Abstützabschnitt 45 anschließen, der sich also zwischen den beiden Membranflügeln 48a, 48b erstreckt und der zweckmäßigerweise eine streifenförmige Gestalt hat. In der aus 11 ersichtlichen Offenstellung sind also die beiden Membranflügel 48a, 48b an einander entgegengesetzten Längsseiten des Abstützsteges 42 partiell, das heißt ein Stückweit um den Abstützsteg 42 herumgebogen.
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In der Schließstellung des Membranelementes 37 verschließt jeder der beiden Membranflügel 48a, 48b einen Teilquerschnitt der Zuströmöffnung 18. Beim Ausführungsbeispiel kooperiert jeder der beiden Membranflügel 48a, 48b mit zweien der insgesamt vier Teilöffnungen 18a, 18b, 18c, 18d.
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Die Verformungsbewegung der Membranflügel 48a, 48b beim Übergang in die Offenstellung ist durch Pfeile 52 angedeutet.
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Bei maximaler Offenstellung des Membranelementes 37 hat das Membranelement 37 zweckmäßigerweise eine U-förmig gewölbte Gestalt, wobei die beiden Membranflügel 48a, 48b den beiden U-Schenkeln entsprechen. Selbige ragen mit ihren freien Enden in Richtung zur Abströmöffnung 19.
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Um rechtwinkelig zur Längsachse 25 eine sichere Fixierung des Membranelementes 37 bezüglich des Rückschlagventilgehäuses 23 zu erhalten, ist an dem Boden 27 zweckmäßigerweise ein axial hochragender Haltevorsprung 53 angeformt, der beispielsweise noppenartig gestaltet sein kann. Beim Ausführungsbeispiel ist ein einziger solcher Haltevorsprung 53 an dem zentralen Bereich 32 angeordnet. Das Membranelement 37 ist, insbesondere mittig, von einer Halteöffnung 54 durchsetzt, in die der Haltevorsprung 53 hineinragt. Durch das Zusammenwirken zwischen der radialen Außenumfangsfläche des Haltevorsprungs 53 und der Innenumfangsfläche der Halteöffnung 54 ist das Membranelement 37 quer zu der Längsachse 25 fixiert und kann ungeachtet seines aktuellen Verformungszustandes unterhalb des Abstützsteges 42 nicht verrutschen oder gar komplett herausrutschen.
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Anstatt nur eines Haltevorsprunges 53 könnten auch mehrere mit jeweils einer Halteöffnung 54 zusammenwirkende Haltevorsprünge 53 vorhanden sein.
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Der mindestens eine Haltevorsprung 53 steht zweckmäßigerweise zumindest geringfügig über die Oberseite 44 des Membranelementes 37 vor. Der Abstützsteg 42 ist in diesem Zusammenhang insbesondere so angeordnet, dass er an der nach oben weisenden oberen Stirnfläche 55 des Haltevorsprunges 53 anliegt. Diese obere Stirnfläche 55 hat dabei zweckmäßigerweise eine Formgebung, die komplementär ist zu dem an ihr anliegenden Flächenabschnitt der Außenumfangsfläche 47 des Abstützsteges 42.
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Durch die unmittelbare Anlage des Abstützsteges 42 an dem Haltevorsprung 53 ist sichergestellt, dass das Membranelement 37 nicht zwischen dem Abstützsteg 42 und dem Haltevorsprung 53 herausrutscht.
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Der Abstützsteg 42 ist im Falle einer bezüglich des Rückschlagventilgehäuses 23 separaten Ausgestaltung vorzugsweise mittels einer Rastverbindung am Rückschlagventilgehäuse 23 fixiert. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Rastverbindungsmaßnahmen besteht darin, dass in der Umfangswand 28 an sich diametral gegenüberliegenden Stellen zwei jeweils zu der oberen Stirnfläche 55 hin offene Rastvertiefungen 56 ausgebildet sind, die die Umfangswand 28 bevorzugt jeweils radial durchsetzen. Diese Rastvertiefungen 56 haben eine hinterschnittene Querschnittskontur. Der Abstützsteg 42 kann von der Seite der oberen Stirnfläche 55 her in die Rastvertiefungen 56 eingedrückt und darin verrastet werden. Vorzugsweise liegt er im eingerasteten Zustand an der oberen Stirnfläche 55 des Haltevorsprunges 53 an.
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Der Abstützsteg 42 ist zweckmäßigerweise zylindrisch konturiert. Beim Ausführungsbeispiel ist er von einem separaten Körper in Gestalt eines Zylinderstiftes gebildet. Ein solcher Zylinderstift lässt sich besonders gut in den Rastvertiefungen 56 verrasten.
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Ein zylindrisch konturierter Abstützsteg 42 bietet aufgrund der zylindrischen Formgebung seiner Außenumfangsfläche 47 überdies den Vorteil einer schonenden Abstützung der sich an ihm in der Schließstellung abstützenden Membranabschnitte des Membranelementes 37. So ist insbesondere gewährleistet, dass sich die beiden Membranflügel 48a, 48b mit sanfter Rundung an den Abstützsteg 42 anschmiegen können. Um diesen Effekt zu erzielen, genügt es allerdings prinzipiell, nur diejenigen Flächenabschnitte der Außenumfangsfläche 47 zylindrisch oder mit einer anderen konvexen Formgebung zu versehen, an denen in der Offenstellung des Membranelementes 37 ein Kontakt zwischen dem Membranelement 37 und dem Abstützsteg 42 zu erwarten ist.
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Auch wenn der Abstützsteg 42 ein bezüglich des Rückschlagventilgehäuses 23 separates Bauteil ist, ist es vorteilhaft, wenn er bezüglich des Rückschlagventilgehäuses 23 und mithin auch bezüglich des Ventilgliedes 22 ortsfest angeordnet ist. Auf das Ausführungsbeispiel trifft dies zu.
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Wie insbesondere aus 7 und 8 ersichtlich ist, verfügt das Membranelement 37 zweckmäßigerweise über eine unrunde und dabei insbesondere über eine längliche Außenkontur. Die Längsachse 57 des Membranelementes 37 verläuft dabei rechtwinkelig zur Längsachse 58 des bevorzugt eine lineare Erstreckung aufweisenden Abstützsteges 42. Die beiden Membranflügel 48a, 48b sind in Achsrichtung der Längsachse 57 des länglichen Membranelementes 37 orientiert. Wird das Membranelement 37 beim Übergang zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verformt, findet eine Schwenkbewegung 52 der beiden Membranflügel 48a, 48b in einer zu der Längsachse 58 rechtwinkeligen und zweckmäßigerweise mit der Längsachse 57 zusammenfallenden Schwenkebene statt. Diese Schwenkbewegung ist rein zweidimensional, sodass das Membranelement 37 nur auf Biegung beansprucht wird, wodurch seine Materialbeanspruchung gering ist.
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Insbesondere wenn das Membranelement 37 eine unrunde Außenkontur hat, ist es vorteilhaft, wenn es verdrehgesichert in der Ventilkammer 26 platziert ist. Damit ist eine Sicherung gegen Verdrehen um die Längsachse 25 gemeint. Eine solche Verdrehsicherung kann zumindest in der Schließstellung des Membranelementes 37 bereits dadurch erreicht werden, dass die Ventilkammer 26 in dem das Membranelement 37 aufnehmenden Bereich eine zur Außenkontur des Membranelementes 37 komplementäre Innenkontur hat, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Aufgrund der Verformung in der Offenstellung können allerdings die Membranflügel 48a, 48b nur bedingt zur Verdrehsicherung beitragen. Insofern ist es vorteilhaft, wenn das Membranelement 37 an den Randbereichen seines Abstützabschnittes 45 zum verdrehsichernden Zusammenwirken mit dem Rückschlagventilgehäuse 23 in einer besonderen Weise ausgebildet ist. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der Fall.
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Exemplarisch verfügt das Membranelement 37 an den einander entgegengesetzten Randabschnitten seines Abstützabschnittes 45 über je eine Verdrehsicherungsaussparung 62, in die ein bezüglich des Ventilsitzes 33 ortsfester und vorzugsweise als Bestandteil des Rückschlagventilgehäuses 23 ausgebildeter Verdrehsicherungsvorsprung 63 eingreift. Die Verdrehsicherungsvorsprünge 63 sind zweckmäßigerweise nasenartig ausgeführt.
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Wenn beim Ausführungsbeispiel das Membranelement 37 axial in die Ventilkammer 26 eingelegt wird, taucht einerseits der Haltevorsprung 53 in die Halteöffnung 54 ein und greifen andererseits die Verdrehsicherungsvorsprünge 63 in die Verdrehsicherungsaussparungen 62 ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005016282 U1 [0002]
- EP 222653731 [0003]
- EP 2226537 B1 [0004]
