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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, beispielsweise für einen Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen steht die Reduzierung der Kohlenstoffdioxidemissionen, das heißt insbesondere die Verbrauchsreduzierung, im Fokus. Zur Verringerung der Reibung zwischen beweglichen Teilen einer Brennkraftmaschine sowie zur Abfuhr von Wärme wird bei der großen Mehrheit der heutzutage verwendeten Brennkraftmaschinen ein Ölkreislauf in Form einer Druckumlaufschmierung eingesetzt. Das in einer Ölwanne unterhalb der Kurbelwelle gesammelte Öl wird angesaugt, durch einen Ölfilter geleitet und an die Schmierstellen mittels Kanäle befördert. Neben dieser Nasssumpfschmierung gibt es auch die sogenannte Trockensumpfschmierung, bei der das Öl einem separaten Behälter entnommen wird. Die Ölpumpe benötigt für den Aufbau des notwendigen Drucks in dem Ölkreislaufsystem Energie und trägt somit zur Erhöhung des Verbrauchs der Brennkraftmaschine bei.
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Für einen längeren Stillstand der Brennkraftmaschine ist in dem Ölkreislauf ein Rückschlagventil vorgesehen, um ein vollständiges Entleeren des Ölkreislaufs in die Ölwanne zu verhindern. Die heutzutage übliche Bauform eines solchen Rückschlagventils ist ein Kugelrückschlagventil. Bei dieser Bauart verschließt eine Kugel an einem Ventilsitz die Durchströmung des Öls in Sperrrichtung. In der Regel wird die Kugel mittels einer Feder in den Ventilsitz gedrückt. Bei einem genügend hohen Gegendruck bewegt sich die Kugel von dem Ventilsitz weg und öffnet das Ventil. Nachteilig an dieser Bauart ist der reduzierte Strömungsquerschnitt für das Durchströmen des Öls aufgrund des Vorhandenseins der Kugel. Dies hat einen hohen Druckverlust an dem Rückschlagventil zur Folge. Vergleichbare Anforderungen bestehen auch für Rückschlagventile in Leitungen für andere Fluide, zum Beispiel für Flüssigkeiten wie Kraftstoffe oder Kühlmittel im Kraftfahrzeug.
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Eine weitere Anforderung bei Rückschlagventilen ist eine ausreichend hohe Betriebssicherheit. Bei herkömmlichen Rückschlagventilen kommt es immer wieder zu einem Verklemmen, sodass die Dichtigkeit in Sperrrichtung ungenügend ist.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Rückschlagventil für Fluide, beispielsweise für einen Ölkreislauf, einen Kühlmittelkreislauf oder eine Kraftstoffleitung einer Brennkraftmaschine anzugeben, das einen geringeren Druckverlust und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Rückschlagventil gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil für Fluide eines Kraftfahrzeugs weist ein Gehäuse auf, das dazu geeignet ist, vollständig innerhalb einer Fluidleitung angeordnet zu sein. Das Gehäuse weist eine Außenfläche und einen inneren Strömungsbereich auf. Die Außenfläche ist mit der Innenseite einer Fluidleitung so verbindbar, dass ein Umströmen des Rückschlagventils nicht möglich ist. Der innere Strömungsbereich umfasst einen Einströmbereich sowie einen Abströmbereich. Zwischen dem Einströmbereich und dem Abströmbereich ist ein Ventilsitz für eine Klappe vorgesehen. Des Weiteren umfasst das Gehäuse eine an dem Gehäuse um eine Drehachse zwischen einer Schließposition und einer Offenposition verschwenkbar gelagerte Klappe. Die Klappe liegt in der Schließposition an dem Ventilsitz an und verschließt den Einströmbereich. In der Offenposition ermöglicht die Klappe ein Durchströmen durch das Rückschlagventil von dem Einströmbereich zu dem Abströmbereich entlang einer Strömungsrichtung.
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Es ist ein erfindungsgemäßer Gedanke, ein als Klappe ausgebildetes Rückschlagventil innerhalb einer Fluidleitung anzuordnen. Da der innerhalb einer solchen Leitung zur Verfügung stehende Bauraum sehr begrenzt ist und eine hohe Zuverlässigkeit der Ventilfunktion erzielt werden muss, hat sich im Stand der Technik die Kugelrückschlagventil-Bauweise bewährt. Die damit einhergehenden Nachteile wie hohe Druckverluste werden in Kauf genommen. Die vorliegende Erfindung rückt von der üblichen Bauweise ab und setzt eine Klappe als Verschließelement innerhalb einer solchen Leitung ein. Durch die Abkehr von der bisher üblichen Bauweise können die Druckverluste wesentlich verringert werden und gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit erzielt werden. Diese Bauart ist für viele Flüssigkeitsleitungen einsetzbar, wie etwa in Ölleitungen, Kraftstoffleitungen oder in einem Kühlmittelkreislauf.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Drehlagerung der Klappe in dem Abströmbereich angeordnet ist. Dies bietet die Möglichkeit, die Drehlagerung vor hohen Temperaturen und starken Pulsationsstößen zu schützen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Klappe in der Offenposition oder das Gehäuse den Abströmungsbereich lateral in einen Abströmungsbereich und Randbereich aufteilt. Unter dem Begriff lateral wird hier seitlich der Strömungsrichtung verstanden. In der Offenposition erstreckt sich die Klappe im Wesentlichen in Strömungsrichtung. Da der Innenquerschnitt einer Fluidleitung in der Regel im Wesentlichen kreisförmig oder elliptisch ist, weist die Klappe oder der Übergang zwischen dem Einströmbereich und dem Abströmbereich in einer Ausführungsform zumindest abschnittsweise eine ähnliche Grundform auf. Wird die Klappe in Strömungsrichtung verschwenkt, entsteht aufgrund der gegebenen Geometrie ein von der Hauptströmung nicht erfasster Randbereich. In diesem Randbereich können für die Funktion der Klappe wesentliche Elemente wie eine Lagerung oder eine Federung angeordnet und gewissermaßen aus der Hauptströmung herausgenommen sein. Dies reduziert das Auftreten von Verwirbelungen und unterstützt ein laminares Durchströmen des Rückschlagventils. Dies reduziert die Druckverluste an dem Rückschlagventil wesentlich. Zudem ist dieser Randbereich vor thermischen und mechanischen Belastungen geschützt, die durch die Hauptströmung auf das Rückschlagventil ausgeübt werden.
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Bei einer Ausführungsform kann insbesondere vorgesehen sein, dass sich die Drehachse in dem Randbereich befindet. Das Anordnen der Drehachse in dem vor der Hauptströmung geschützten Randbereich unterstützt das laminare Durchströmverhalten und reduziert die alterungsrelevanten Einflüsse auf die Drehachse durch eine geringere thermische und mechanische Belastung.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass im Bereich der Drehlagerung eine Rückstellfeder vorgesehen ist, die eine Kraft auf die Klappe ausübt. Die Rückstellfeder kann eine Drehfeder sein. Die Kraft der Rückstellfeder wirkt auf die Klappe derart, dass die Klappe in die Schließposition gedrückt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Rückstellfeder in dem Randbereich befindet und insbesondere konzentrisch mit der Drehachse angeordnet ist. Die äußere Formgebung einer Rückstellfeder verursacht regelmäßig starke Verwirbelungen. Die Anordnung in dem von der Hauptströmung geschützten Randbereich reduziert das Auftreten solcher Verwirbelungen und minimiert alterungsrelevante Einflüsse auf die Rückstellfeder.
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In einer weiteren Ausführungsform kann eine Dichtung vorgesehen sein, die direkt am Gehäuse am Ventilsitz angebracht ist. Die Klappe weist in dieser Ausführungsform keine Dichtung auf. Eine solche Ausführungsform erlaubt das Anbringen der Dichtung zwischen Klappe und Ventilsitz an dem Gehäuse. Die Klappe ist somit einfacher herzustellen, da keine Dichtungen montiert werden müssen. Ohne Dichtung an der Klappe ist die zu bewegende Masse der Klappe während eines Schaltvorgangs geringer, so dass das Ventil ein verbessertes Ansprechverhalten aufweist.
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Zur Abdichtung der Außenfläche des Gehäuses gegenüber der Innenseite einer Leitung kann eine umlaufende Dichtung vorgesehen sein, die als separates Bauteil in eine entsprechende Nut in der Außenfläche des Gehäuses eingelegt werden kann.
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In einer Ausführung des Gehäuses, bei dem das Gehäuse die Dichtung zur Innenseite der Leitung aufweist und die umlaufende Dichtung zur Abdichtung des Ventils, kann das Gehäuse mit den Dichtungen als eine Baueinheit vormontiert sein oder die Dichtungen mittels Mehrkomponentenspritzgussverfahrens an das Gehäuse angespritzt sein.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in dem Einströmbereich ein Durchmesser in Strömungsrichtung kleiner wird. Das Reduzieren eines Durchmessers erhöht zwar die Druckverluste in dem Rückschlagventil, schafft aber Platz zum Vorsehen des Ventilsitzes und für die Drehlagerung.
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Ähnlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Ventilsitzes ein Querschnitt des inneren Strömungsbereichs senkrecht zur Strömungsrichtung eine Abflachung aufweist. Diese Ausführungsform reduziert die Gesamtlänge des Rückschlagventils.
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Insbesondere kann die Drehachse in Strömungsrichtung gesehen hinter der Abflachung und/oder senkrecht zur Strömungsrichtung gesehen unter der Abflachung liegen. Somit ist der Ort der Drehachse von der Hauptströmung geschützt, was das Bilden von Verwirbelungen und stark alterungsrelevante Einflüsse reduziert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in dem Abströmbereich in einer Umfangsrichtung die Außenfläche nur teilweise ausgebildet ist. Auf diese Weise vergrößert sich der für die Hauptströmung zur Verfügung stehende innere Querschnitt im Abströmbereich und reduziert Druckverluste, ohne die Stabilität des Rückschlagventils zu beeinträchtigen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Einströmbereich ringförmig oder rohrförmig ist oder in einem Schnitt quer zur Strömungsrichtung die Form eines Kreissegments oder Kreissektors aufweist. In dem Fall eines ring- oder rohrförmigen Einströmbereichs kann eine gleichförmige Einströmung des strömenden Fluids erfolgen. Bei einer Ausbildung des Einströmbereichs als Kreissegment kann der Einströmbereich und damit das gesamte Rückschlagventil kürzer gestaltet werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Klappe einteilig hergestellt, beispielsweise im Kunststoffspritzgussverfahren. Eine Montage von Einzelteilen entfällt in dieser Ausführungsform und die Betriebssicherheit des Rückschlagventils ist verbessert, da sich keine Teile lösen und vom Fluid mitgerissen werden können.
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Eine hinsichtlich einer hohen Betriebssicherheit vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Klappe eine Verschlussfläche aufweist und die Verschlussfläche aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem Elastomer, gefertigt ist. Somit kann sich die Verschlussfläche an den Ventilsitz anformen und das Risiko eines Verklemmens oder einer Undichtigkeit in Sperrrichtung ist deutlich minimiert.
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Alternativ kann zwischen der Verschlussfläche und der Klappe ein Gelenk vorgesehen sein. Dabei kann das Gelenk ein Drehgelenk oder ein Kugelgelenk sein. Es ist somit neben der verschwenkbaren Lagerung der Klappe ein weiteres Gelenk vorgesehen, das eine Bewegung zwischen der Verschlussfläche und der Klappe ermöglicht. Je nach Ausbildung des Gelenks können ein oder zwei Freiheitsgrade der Bewegung vorgesehen sein und somit ein optimales Anliegen der Verschlussfläche an den Ventilsitz ermöglichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Rückschlagventils;
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2 eine Seitenansicht des Rückschlagventils der 1;
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3 eine Draufsicht des Rückschlagventils der 1;
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4 eine Ansicht entgegen der Hauptströmungsrichtung X;
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5 eine Schnittansicht entlang einer senkrechten Ebene durch die Mittellinie;
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6 die Schnittansicht der 5 mit geöffneter Klappe;
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7–12 entsprechende Ansichten für eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils;
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13–18 entsprechende Ansichten für eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils;
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19 eine perspektivische isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rückschlagventils entgegen der Strömungsrichtung;
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20 die Ansicht des Rückschlagventils der 19 in Strömungsrichtung;
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21 eine Seitenansicht des Rückschlagventils der 19 mit einer Klappe in einer Schließstellung;
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22 die Seitenansicht der 21 mit der Klappe in einer Offenstellung;
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23 eine Vorderansicht des Rückschlagventils der 19 entgegen der Strömungsrichtung;
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24 eine Schnittansicht senkrecht zur Strömungsrichtung des Rückschlagventils der 19;
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25 eine perspektivische isometrische Ansicht des Gehäuses des Rückschlagventils der 19 entgegen der Strömungsrichtung;
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26 die Ansicht des Gehäuses der 25 in Strömungsrichtung;
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27 eine perspektivische Explosionszeichnung der Klappe des Rückschlagventils der 19;
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28 eine perspektivische isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rückschlagventils entgegen der Strömungsrichtung;
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29 eine Seitenansicht des Rückschlagventils der 28;
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30 eine Vorderansicht des Rückschlagventils der 28 entgegen der Strömungsrichtung;
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31 eine Schnittansicht entlang der Strömungsrichtung des Rückschlagventils der 28;
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32 eine perspektivische isometrische Ansicht eines Klappenbauteils einer Klappe des Rückschlagventils der 28;
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33 eine perspektivische isometrische Ansicht eines weiteren Klappenbauteils der Klappe des Rückschlagventils der 28;
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34 eine Untenansicht des Klappenbauteils der 33;
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35 eine Vorderansicht des Klappenbauteils der 33;
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36 eine perspektivische isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rückschlagventils entgegen der Strömungsrichtung;
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37 die Ansicht des Rückschlagventils der 36 in Strömungsrichtung;
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38 eine perspektivische isometrische Ansicht eines Gehäuses des Rückschlagventils der 36;
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39 eine perspektivische isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rückschlagventils entgegen der Strömungsrichtung;
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40 die Ansicht des Rückschlagventils der 39 in Strömungsrichtung;
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41 eine Vorderansicht des Rückschlagventils der 39;
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42 eine Schnittansicht parallel zur Strömungsrichtung des Rückschlagventils der 39;
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43 eine perspektivische isometrische Ansicht eines Klappenbauteils einer Klappe des Rückschlagventils der 39 in Strömungsrichtung;
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44 die Ansicht des Klappenbauteils der 43 entgegen der Strömungsrichtung;
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45 eine perspektivische isometrische Ansicht eines weiteren Klappenbauteils der Klappe des Rückschlagventils der 39;
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46 eine Seitenansicht des weiteren Klappenbauteils der 45; und
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47 eine Draufsicht des weiteren Klappenbauteils der 45.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1–6 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 10 dargestellt. Das Rückschlagventil 10 kann in einem Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Das Rückschlagventil 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 kann beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder andere Abformverfahren hergestellt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich durch die Verwendung von Kunststoffen wie beispielsweise Thermoplasten.
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Das Gehäuse 12 ist so ausgelegt, dass es in eine Leitung, wie beispielsweise eine Ölleitung in einem Ölkreislauf, eingebaut werden kann. Das Rückschlagventil 10 wird dabei in den entsprechenden Leitungskanal eingefügt, beispielsweise eingepresst. Das Gehäuse 12 gerät dabei in engen Kontakt mit dem Leitungskanal. Das Gehäuse 12 weist eine Außenfläche 14 auf. Zur Abdichtung der Außenfläche 14 gegenüber der Innenseite einer Leitung kann eine umlaufende Dichtung 16 vorgesehen sein. Die Dichtung 16 kann als separates Bauteil in eine entsprechende Nut in der Außenfläche 14 des Gehäuses 12 eingelegt werden. Alternativ kann die Dichtung 16 baulich in das Gehäuse 12 mittels eines Mehrkomponentenspritzgussverfahrens („overmolding”) integriert sein. Es kann auch auf eine Dichtung verzichtet werden, beispielsweise bei geeigneter Auslegung der Toleranzen der beteiligten Bauteile.
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In dem Gehäuse 12 ist ein innerer Strömungsbereich 18 vorgesehen. Der innere Strömungsbereich 18 ist insbesondere in den 4–6 gut zu erkennen. Der innere Strömungsbereich 18 weist einen Einströmbereich 20, einen Abströmbereich 22 sowie einen Innenradius R auf. Über den Einströmbereich 20 strömt Flüssigkeit, beispielsweise Öl, in das Rückschlagventil 10. Über den Abströmbereich 22 verlässt die Flüssigkeit das Rückschlagventil 10. Diese Strömung definiert eine Hauptströmungsrichtung X, welche im Wesentlichen entlang der Längsachse des Rückschlagventils 10 verläuft. Zwischen dem Einströmbereich 20 und dem Abströmbereich 22 ist ein Ventilsitz 24 vorgesehen. Der Ventilsitz 24 dient als Anschlag für eine Klappe 26 und ist insbesondere in den Querschnittsansichten der 5 und 6 gut zu erkennen. Die Klappe 26 ist um eine Drehachse Y verschwenkbar gelagert. Die Lagerung der Klappe 26 weist einen Stift 28 auf, der in entsprechenden Lageraussparungen oder Lageröffnungen 30 in dem Abströmbereich 22 sowie in an die Klappe 26 angeformte Lagerhülsen 32 aufgenommen wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Lagerhülsen 32 auf der abströmseitigen Oberfläche der Klappe 26 angebracht. Der Stift 28 kann fest mit den Lagerhülsen 32 verbunden sein. In diesem Fall erfolgt die Drehlagerung der Klappe 26 in den Lageröffnungen 30. Die Drehachse Y verläuft senkrecht zur Hauptströmungsachse X, kreuzt diese aber nicht. Vielmehr befindet sich die Drehachse Y zumindest um das 0,5-fache des Innenradius R entfernt, besonders bevorzugt um das 0,4-fache des Innenradius R von der Abströmungsrichtung X entfernt. Um den Stift 28 herum ist eine Drehfeder 34 angebracht. Die Drehfeder 34 greift an der inneren Oberfläche des Abströmbereichs 22 an und an der abströmseitigen Oberfläche der Klappe 26. Die Befestigung der Feder 34 erfolgt an der Klappe 26 mittels eines Vorsprungs 48, in dem Abströmbereich 22 mittels einer Nut 50. Die Drehfeder 34 drückt die Klappe 26 gegen den Ventilsitz 24. Der Stift 28 sowie die Lageröffnungen 30 in dem Gehäuse 12 sind in dem Abströmbereich 22 angeordnet. Die Klappe 26 weist ferner zwei Dämpfungselemente 36 auf. Einströmseitig ist an der Klappe 26 eine umlaufende Klappendichtung 38 vorgesehen. Die Klappendichtung 38 kann ebenfalls in eine Nut eingelegt oder an die Klappe 26 angeformt sein.
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Das Öffnen und das Schließen des Ventils 10 wird durch die Position bzw. Stellung der Klappe 26 bestimmt. Die Klappe 26 rotiert um den Stift 28. Der Stift 28 ist in das Gehäuse 12, insbesondere in die Lageröffnungen 30, eingelegt oder eingepresst. Die Drehfeder 34 drückt die Klappe 26 gegen den Ventilsitz 16 und verschließt den Einströmbereich 20 gegenüber dem Abströmbereich 22. Wenn der Flüssigkeitsdruck im Einströmbereich in einer Kraft auf die Klappe 26 resultiert, die kleiner als die Anpresskraft ist, die durch die Drehfeder 34 verursacht wird, bleibt die Klappe 26 geschlossen. Wenn der Flüssigkeitsdruck 22 ansteigt und die auf die Klappe 26 ausgeübte Kraft die Schwellkraft übersteigt, öffnet sich die Klappe 26. Die Flüssigkeit fließt dann von dem Einströmbereich 20 zu dem Abströmbereich 22 durch das Ventil 10 in Richtung der Hauptströmungsrichtung X.
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In der Offenposition der Klappe 26, die in 6 dargestellt ist, ergibt sich zwischen der abströmseitigen Oberfläche 40 der Klappe 26 und der inneren Oberfläche im Abströmbereich 22 ein Randbereich 44. Dieser Randbereich ist außerhalb des Hauptströmungsbereichs, der durch die Hauptströmungsrichtung X bezeichnet ist, dargestellt. In diesem Randbereich 44 herrschen materialfreundlichere Bedingungen als im Hauptströmungsbereich 46. Während im Hauptströmungsbereich 46 starke Dichteschwankungen in Form von Pulsationen sowie erhebliche Temperaturschwankungen auftreten können, ist der Randbereich 44 davor zumindest teilweise durch die Klappe 26 geschützt. Im Ergebnis findet eine weniger starke Alterung funktionsrelevanter Bauteile wie beispielsweise des Stifts 28, der Lagerbuchsen 32, der Lageröffnungen 30 im Gehäuse 12 sowie der Feder 34 statt.
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Der Einströmbereich 20 sowie der Abströmbereich 22 sind strömungsgünstig geformt. Im Einströmbereich 20 erfolgt eine stetige Verringerung des Durchmessers R in einer Richtung senkrecht zur Drehachse Y ohne Ausbildung einer Kante oder Stufe, im Abströmbereich 22 vergrößert sich der strömungsrelevante Durchmesser stetig in Hauptströmungsrichtung. Auf diese Weise erfolgt eine nach Möglichkeit laminare Durchströmung des Bereichs des Ventilsitzes sowie der Drehachse und der Randbereich 44 bleibt von der Hauptströmung zumindest teilweise geschützt.
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In den 7–12 ist eine alternative Ausführungsform des Rückschlagventils 10 gezeigt. In den Figuren zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Merkmale. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1–6 ist bei dieser Ausführungsform die Klappe 26 ohne eine Dichtung an dem Ventilsitz 24 angeschlagen. Diese Ausführungsform erlaubt eine kostengünstigere Herstellung für den Fall, dass eine nicht so hohe Dichtwirkung erforderlich ist.
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In den 13–18 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Rückschlagventils 10 gezeigt. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1–6 ist hier eine Dichtung 17 vorgesehen, die direkt am Gehäuse 12 am Ventilsitz 24 angebracht ist. Die Klappe 26 enthält im Gegenzug keine Dichtung. Diese Ausführungsform erlaubt das Anbringen der Dichtungen 17 und 16 an dem Gehäuse 12 gegebenenfalls während eines Arbeitsschritts. Das Anbringen einer Dichtung an der Klappe 26 entfällt.
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Bei allen Ausführungsformen ist ein Teil des Abströmbereichs 22 offen und formt keinen geschlossenen Ring. Dies ermöglicht den Einsatz von Spritzgussformtechniken. Des Weiteren erweitert sich auf diese Weise der relevante Strömungsquerschnitt im Vergleich zum Einströmbereich 20 und kompensiert dadurch zumindest teilweise den Bauraumverlust durch das Vorhandensein der Klappe 26 in der Offenposition.
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Die 19–27 zeigen Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 110. Hinsichtlich der grundlegenden Funktionen des Rückschlagventils 110 wird auf die detaillierte Beschreibung der vorstehenden Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Der Grundgedanke der den 19–47 zu Grunde liegenden Ausführungsformen ist es, einen möglichst großen Durchströmungsquerschnitt und damit einen möglichst geringen Druckverlust für ein derartiges Rückschlagventil zu schaffen.
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Das Rückschlagventil 110 kann beispielsweise in eine Kraftstoffleitung eingesetzt werden. Das Rückschlagventil 110 weist ein Gehäuse 112 auf. Das Gehäuse 112 ist in der vorliegenden Ausführungsform aus Metall, beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Wie in den vorstehenden Ausführungsformen wird auch in dieser Ausführungsform das Rückschlagventil 110 in eine entsprechende Leitung eingefügt, beispielsweise eingepresst. Dabei gelangt eine Außenfläche 114 des Gehäuses 112 in engen Kontakt mit dem inneren Leitungskanal der Leitung. Infolge kann die Flüssigkeit nur durch das Innere des Rückschlagventils 110 fließen. Das Gehäuse 112 weist hierfür einen inneren Strömungsbereich auf, der sich in einen Einströmbereich 120 und einen Abströmbereich 122 gliedern lässt. Einströmbereich 120 und Abströmbereich 122 sind durch eine Durchströmungsöffnung 121 verbunden. Die Durchströmungsöffnung 121 weist die Grundform eines Kreissegments auf. Die Wahl dieser Geometrie zielt auf die Maximierung der durchströmbaren Fläche der Durchströmungsöffnung 121 ab. Selbstverständlich sind auch andere Geometrien wie beispielsweise ein Kreissektor oder elliptische Grundformen mit entsprechend elliptisch geformten Segment- oder Sektorgeometrien denkbar.
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Die Durchströmungsöffnung 121 ist durch eine Klappe 126 verschließbar. Die Klappe 126 befindet sich auf der Abströmseite der Durchströmungsöffnung 121 und ist in den 21 und 22 in zwei verschiedenen Stellungen gezeigt. In der 21 ist die Schließstellung der Klappe 126 dargestellt. In 22 ist eine Offenstellung der Klappe 126 gezeigt. Bei einem Öffnen der Klappe 126 schwenkt diese unter dem Druck der anströmenden Flüssigkeit von der Durchströmungsöffnung 121 weg und gibt die Durchströmungsöffnung 121 frei.
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Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Außenfläche 114 des Gehäuses 112 weiter minimiert. Ein anströmseitiger Gehäusering 113 trägt eine für die Abdichtung mit der umliegenden Leitung sorgende Außenringfläche 141, die sich über den gesamten Umfang des Gehäuserings 113 erstreckt. Im Gegensatz dazu ist der Abströmbereich 122 des Gehäuses 112 in den in den 19–47 gezeigten Ausführungsformen lediglich auf weniger als der Hälfte, insbesondere nur auf einem Viertel oder weniger des Umfangs ausgebildet. Dies ist für die vorliegende Ausführungsform besonders gut in den 19 und 23 erkennbar. Der Einströmbereich 120 ist ebenfalls mit möglichst geringer Oberfläche ausgestaltet und befindet sich im Inneren des anströmseitigen Gehäuserings 113.
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Abströmseitig der Durchströmungsöffnung 121 des Gehäuses 112 ist ein Stift 128 für die Lagerung einer Klappe 126 angeordnet. Die Ausrichtung des Stifts 128 ist in 23 waagerecht und orientiert sich an der Form der Durchströmungsöffnung 121, insbesondere an der Lage der Abflachung des Kreissegments. Der Stift 128 ist im Wesentlichen zylinderförmig und weist einen Anschlagabschnitt 1281 und einen Lagerabschnitt 1282 auf. Der Anschlagabschnitt 1281 ist integral in den Abströmbereich 122 des Gehäuses 112 eingeformt und weist einen größeren Außendurchmesser als der Lagerabschnitt 1282 auf. Der Lagerabschnitt 1282 des Stifts 128 ragt frei in den abströmseitigen Raum der Durchströmungsöffnung 121. An dem dem Anschlagabschnitt 1281 gegenüberliegenden Ende des Lagerabschnitts 1282 ist eine axiale zylinderfömige Ausnehmung, beispielsweise eine Bohrung 1283 vorgesehen. An dem Stift 128, insbesondere an dem Lagerabschnitt 1281 ist die Klappe 126 um die Längsachse des Stifts 128 verschwenkbar um eine Drehachse Y gelagert.
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Wie insbesondere aus der Explosionszeichnung der 27 ersichtlich ist die Klappe 126 in der vorliegenden Ausführungsform zweiteilig aufgebaut. Ein erstes Klappenelement 1261 weist zwei Schenkel 1262, 1263 mit Lagerhülsen 132 auf. Die Schenkel 1263, 1263 sind aus einem formstabilen Werkstoff wie beispielsweise Kunststoff gefertigt. Die Lagerhülsen 132 werden für den Zusammenbau über den Stift 128 geschoben und lagern die Klappe 126 verschwenkbar an dem Stift 128. Der Innendurchmesser der Lagerhülsen 132 ist kleiner als der Durchmesser des Anschlagabschnitts 1281 des Stifts 128 gewählt. Für den Zusammenbau des Rückschlagventils 110 wird die Klappe 126, insbesondere die Lagerhülsen 132, auf den Stift 128, insbesondere auf den Lagerabschnitt 1282 geschoben, bis eine der Lagerhülsen 132 an dem Anschlagabschnitt 1281 anstößt. Die Bohrung 1283 wird danach gebördelt. Dazu wird ein Konus mit einem größeren Durchmesser als die Bohrung 1283 in die Bohrung 1283 getrieben und so der Durchmesser des freien Endes des Stifts 128 vergrößert. Dies verhindert ein Herabgleiten der Lagerhülsen 132 bzw. der Klappe 126 von dem Lagerabschnitt 1282 und positioniert die Klappe 126 mittig vor der Durchströmungsöffnung 121.
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Die beiden Schenkel 1262, 1263 der Klappe 126 verbindet ein Verbindungssteg 1264. Der Verbindungssteg 1264 weist eine Befestigungsstelle 1265 auf. An der Befestigungsstelle 1265 ist als zweites Klappenelement eine Verschlussfläche 1266 befestigt. Die Verschlussfläche 1266 kann aus einem thermoplastischen Elastomer gefertigt sein. Die Geometrie der Verschlussfläche 1266 entspricht der Form der Durchströmungsöffnung 121 und verschließt die Durchströmungsöffnung 121 in der Verschlussposition der Klappe 126, d. h. bei Anliegen der Verschlussfläche 1266 an der Durchströmungsöffnung 121.
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Zwischen den beiden Schenkeln 1262, 1263 ist konzentrisch mit dem Stift 128 im Bereich des Lagerabschnitts 1282 eine Drehfeder 134 vorgesehen. Dies ist insbesondere in den 23 und 24 dargestellt. Ein Ende 1341 der Drehfeder 134 stützt sich am Gehäuse 112, insbesondere am Abströmbereich 122, insbesondere an einem unteren Bereich 1221 ab. Das andere Ende 1342 übt die Federkraft auf die Klappe 126, insbesondere auf den Verbindungssteg 1264 aus und drückt die Klappe 126, insbesondere die Verschlussfläche 1266, gegen die Durchströmungsöffnung 121. Zur Aufnahme der Federkraft weist der Abströmbereich 122 in seinem unteren Bereich 1221 eine höhere Materialstärke auf. Die Verschlussfläche 1266 ist aus einem elastischen Material gefertigt, passt sich somit unter der Federkraft an die Geometrie der Durchströmungsöffnung 121 an und verschließt diese.
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Die 28–35 zeigen Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 110. Für ähnliche oder vergleichbare Merkmale werden gleiche Bezugszeichen entsprechend der Ausführungsform der 19–27 verwendet.
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Das Gehäuse 112 der 28–35 des Rückschlagventils 110 ist weitgehend identisch mit dem der 19–27. Ein wesentlicher Unterschied der Ausführungsform der 28–35 zu der vorhergehenden Ausführungsform besteht in der Ausbildung der Verbindung zwischen dem ersten Klappenelement 2261, welches die Klappenschenkel 2261, 2263 aufweist, und dem zweiten Klappenelement 2266, der Verschlussfläche 2266. Die Klappe 226 weist Schenkel 2262, 2263 mit Lageröffnungen 132 auf, die beispielsweise Hülsen aufweisen können. Es können aber auch einfache Öffnungen ohne Hülsen sein. Die Klappenschenkel 2262, 2263 weisen anstatt eines Verbindungsstegs einen halbzylinderförmigen Verbindungskörper 2264 auf. Der Verbindungskörper 2264 ist insbesondere in 32 in perspektivischer Ansicht und in 31 in einer Schnittansicht gut zu erkennen. Die gewölbte konvexe Oberfläche des Verbindungskörpers 2264 ist entgegen der Strömungsrichtung auf die Durchströmungsöffnung 121 hin orientiert.
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Die Verschlussfläche 2266 weist eine zu dem Durchmesser des Verbindungskörpers 2264 passende gabel- oder maulförmige Aufnahme 2267 auf. Die Aufnahme 2267 umgreift den halbzylindrischen Verbindungskörper 2264 zwischen den beiden Schenkeln 2263, 2264 und kann auf den Verbindungskörper 2264 aufgeschnappt werden. Die Breite der Aufnahme 2267 entlang der Längsachse des Verbindungskörpers 2264 ist etwas geringer als der Abstand der beiden Schenkel 2263, 2264. So kann sich die Verschlussfläche 2266 um die Achse des Verbindungskörpers 2264 drehen und mittels dieses Freiheitsgrads die Winkelstellung der Verschlussfläche 2266 an die Durchströmungsöffnung 121 unter dem Federdruck anpassen. Die beiden zueinander weisenden Kontaktflächen der Aufnahme 2267 sind nicht gleich breit. Die in 33 untere Kontaktfläche ist schmäler als die obere Kontaktfläche, um eine Angriffsfläche für die Feder 134, insbesondere für das Ende 1342 zu schaffen.
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Neben der Aufnahme 2267 weist die Verschlussfläche 2266 zwei Anschlagskörper 2268, 2269 auf. Die Anschlagskörper 2268, 2269 schränken den Bewegungsraum der Klappe 226 parallel zur Achse des Stifts 128 ein und verhindern so ein Hin- und Hergleiten der Verschlussfläche 2266 relativ zu den Schenkeln 2163 und 2264.
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Die 36–38 zeigen Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 110. Für ähnliche oder vergleichbare Merkmale werden gleiche Bezugszeichen wie für die Ausführungsformen der 19–35 verwendet.
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In den 36–38 ist das Gehäuse 112 des Ventils 110 aus einem Kunststoff gefertigt. Die Verwendung des Materials Kunststoff ermöglicht es, die Befestigung der Klappe 126, 226 an dem Stift 128 mittels eines Schnappmechanismus zu gestalten. Anstatt der einfachen zylindrischen Ausnehmung 1283 des Stifts 128 ist das freie Ende des Lagerabschnitts 1282 mit mehreren federnden Haken 1284 versehen, die bei einem Aufschieben der Lagerhülsen 132 in radialer Richtung zusammengedrückt werden und nach dem Zurückfedern ein Herabgleiten der Klappe 126 verhindern.
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Die 39–47 zeigen Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils 110. Für ähnliche oder vergleichbare Merkmale werden gleiche Bezugszeichen entsprechend den Ausführungsformen der 19–38 verwendet.
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Das Gehäuse 112 der Ausführungsform der 39–47 entspricht dem der 36–38. Selbstverständlich kann auch das Gehäuse der 19–27 oder der 28–35 verwendet werden. Die Ausführungsform der 39–47 realisiert eine weitere alternative Verbindungsmöglichkeit zwischen den Klappenschenkeln und der Verschlussfläche. Anstatt eines stegförmigen oder zylindrischen Verbindungkörpers zwischen den Klappenschenkeln 1262, 1263 des ersten Klappenelements 1261 ist in dieser Ausführungsform für die Verbindung zwischen den Klappenschenkeln und der Verschlussfläche ein Kugelgelenk vorgesehen. Die Klappe 126 weist an ihrer Verschlussfläche 3266 einen Kugelgelenkkopf 3267 auf. Dieser besitzt eine pilzförmige Struktur. Die abströmseitige Oberfläche des Kugelgelenkkopfs (gewissermaßen die Hutoberfläche des Pilzes) ist im Wesentlichen der Ausschnitt einer Kugeloberfläche. Zentral mittig auf dieser Oberfläche ist ein Steg 3268 vorgesehen. Die Verbindung zwischen den beiden Schenkeln 1262, 1263 bildet in der vorliegenden Ausführungsform die dem Kugelgelenkkopf 3267 entsprechende Kugelgelenkpfanne 3269. Diese ist in der vorliegenden Ausführungsform so gestaltet, dass der Kugelgelenkkopf 3267 in die Kugelgelenkpfanne 3269 eingeschnappt werden kann. Dies wird durch zwei federnde Haken 3270, 3271 realisiert, die unter den Hut des Kugelgelenkkopfs 3267 greifen. Der Steg 3268 auf der Oberfläche des Kugelgelenkkopfs 3267 korrespondiert mit einer Stegaufnahme 3272 der Kugelgelenkpfanne 3269 und legt den maximalen Bewegungsumfang der Verschlussfläche 3266 gegenüber der Durchströmungsöffnung 121 fest. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine Einstellung der Verschlussfläche 3166 gegenüber der Durchströmungsöffnung 121 unter der durch die Feder 134 auf die Verschlussfläche 3266 aufgebrachten Federkraft in zwei Freiheitsgraden möglich ist.
