DE102016011597A1

DE102016011597A1 - Richtungsventil, insbesondere für Atemgase, und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102016011597A1
Application number: DE102016011597.1A
Authority: DE
Inventors: Christian WILHELM; Stefan Effmann
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2018-03-29
Also published as: US20180087680A1; US10670158B2; US11199273B2; US20200173568A1

Abstract

Die Erfindung ist ein Richtungsventil (10) mit einem Ventilgehäuse (12), einer Mehrzahl von durch einen Gasstrom oder durch ein strömendes Medium beweglichen und randseitig angebrachten Ventilklappen (16–18) sowie einer der Anzahl der Ventilklappen (16–18) entsprechenden Anzahl von Auflageflächen (20–22) als Ventilsitz, wobei jede Ventilklappe (16–18) an eine Oberfläche jeweils einer Auflagefläche (20–22) angepasst ist, wobei die Auflageflächen (20–22) gegenüber einer Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse (12) geneigt sind und wobei die Auflageflächen (20–22) zusammen eine in Durchlassrichtung des Richtungsventils (10) weisende Spitze bilden, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Richtungsventils (10) und eine Verwendung eines solchen Richtungsventils (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Richtungsventil, insbesondere ein Richtungsventil für Atemgase, zum Beispiel ein als Ausatemventil fungierendes Richtungsventil einer Atemschutzmaske oder ein als Einatemventil oder Ausatemventil fungierendes Richtungsventil eines Kreislaufatemschutzgeräts oder eines Kreislauftauchgeräts. Solche und andere Geräte werden im Folgenden zusammenfassend als Atemgeräte bezeichnet. Die Erfindung betrifft im Weiteren entsprechend auch ein solches Gerät mit zumindest einem Richtungsventil, also zum Beispiel ein Kreislaufatemschutzgerät, ein Kreislauftauchgerät oder ein Medizingerät, und schließlich ein Verfahren zur Herstellung (Montage) eines Richtungsventils.
Richtungsventile sind an sich bekannt, lassen in einer durch die Bauart des Richtungsventils bestimmten Durchlassrichtung ein jeweiliges Medium, zum Beispiel einen Gasstrom, passieren und sperren einen Durchfluss des jeweiligen Mediums bei einer Anströmung gegen die Durchlassrichtung.
Aus der DE 1 027 518 A ist ein als Ausatemventil einer Atemschutzmaske fungierendes Richtungsventil bekannt. Dieses besteht aus einem Ventilunterteil mit einem Ventilsitz und einem mittig gehaltenen Verschlusselement. Seinerzeit war als Nachteil bekannter Ausatemventile beobachtet worden, dass der Druckunterschied, der bei der Ausatmung zu überwinden ist, annähernd proportional mit der Strömungsgeschwindigkeit und damit auch mit der pro Zeiteinheit ausgeatmeten Luftmenge zunimmt. Dies führt dazu, dass in physiologisch ungünstiger Weise der Ausatemwiderstand bei angestrengter Arbeit und demzufolge tiefer Atmung übermäßig ansteigt. Zur Vermeidung dieses Nachteils war seinerzeit ein elastisch verformbares, kegelstumpfartiges Verschlusselement vorgeschlagen worden. Allerdings ist bei dieser Lösung zu bemerken, dass durch das Verschlusselement in Durchlassrichtung nur ein Teil der Querschnittsfläche freigegeben wird und dass bei einem in einem Schlauch, zum Beispiel einem Ausatemschlauch, platzierten derartigen Richtungsventil der Gasstrom durch das Verschlusselement mit dem Ergebnis eines ungünstig erhöhten Durchströmungswiderstands zur Schlauchwandung hin umgelenkt wird.
In der Zwischenzeit sind weitere Richtungsventile mit elastisch verformbaren Verschlusselementen bekannt geworden.
So zeigt beispielsweise die DE 10 2010 008 923 A ein Richtungsventil, bei dem zwei in einem Ventilgehäuse randseitig angebrachte elastische Klappen als Verschlusselement und ein Mittelsteg am Ventilgehäuse und beidseitig dazu angeordnete Stützstege als Ventilsitz fungieren.
Aus der WO 2012/010815 A1 ist ein Richtungsventil bekannt, das nach dem Prinzip einer Herzklappe öffnet und schließt. Nachteilig ist dabei allerdings, dass sich die einzelnen Klappenteile nicht auf eine Stützgeometrie ablegen können, so dass bei einem erhöhten Gegendruck die Klappenteile umschlagen können und das Ventil entsprechend nicht korrekt schließt. Außerdem müssen die einzelnen Klappenteile äußerst exakt gefertigt werden, um bei üblichen Druckverhältnissen eine Dichtigkeit in Sperrrichtung gewährleisten zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Richtungsventil anzugeben, insbesondere ein Richtungsventil, dessen Strömungswiderstand weitgehend unabhängig vom Öffnungszustand ist und eine günstige Führung des Gasstroms durch das Richtungsventil erlaubt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Richtungsventils der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein solches Richtungsventil weist ein bevorzugt zylindrisches Ventilgehäuse, eine Mehrzahl von durch einen Gasstrom beweglichen und randseitig angebrachten Ventilklappen sowie eine der Anzahl der Ventilklappen entsprechende Anzahl von Auflageflächen als Ventilsitz auf, wobei jede Ventilklappe an eine Oberfläche jeweils einer Auflagefläche angepasst ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Auflageflächen gegenüber einer Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse geneigt sind und dass die Auflageflächen zusammen eine in Durchlassrichtung des Richtungsventils weisende Spitze bilden.
Geometrisch kann man sich bei einem zylindrischen Ventilgehäuse die geneigten Auflageflächen in Form mehrerer Schnittebenen durch einen Zylinder, und zwar jeweils auf derselben Höhe, unter einem gleichen Winkel und in Umfangsrichtung des Zylinders gleichmäßig beabstandet, vorstellen.
Die Neigung der Auflageflächen gegenüber der Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse bedeutet eine Schrägstellung der Auflageflächen. In Bezug zu einem Gasstrom (oder einem sonstigen strömenden Medium) in Durchlassrichtung durch das Richtungsventil hindurch, nämlich durch jeweils zumindest eine Öffnung in jeder Auflagefläche, liegen die hinsichtlich ihrer Form und Fläche an die Form und Fläche der jeweiligen Auflagefläche angepassten Ventilklappen auf (stromaufwärts) den Auflageflächen und werden durch den Gasstrom (das jeweilige Medium) angehoben, so dass das Richtungsventil öffnet. Ein von einem solchen Gasstrom (Medium) zuerst angeströmter Bereich wird zur leichter lesbaren Beschreibung – aber unabhängig von einer tatsächlichen Einbausituation des Richtungsventils – als „unten” bezeichnet. Entsprechend wird ein Bereich stromaufwärts des zuerst angeströmten Bereichs als „oben” bezeichnet. Die Schrägstellung der Auflageflächen bedeutet, dass diese sich ausgehend von einer unten liegenden Querschnittsfläche über die Ebene mit der Querschnittsfläche erheben. Eine durch die zusammentreffenden Auflageflächen entstehende Spitze weist in die Durchlassrichtung des Richtungsventils und bildet den am weitesten oben liegenden Punkt der Auflageflächen (den höchsten Punkt der Auflageflächen). Bei einem Volumenstrom (Gas oder ein sonstiges Medium) gegen die Durchlassrichtung werden die Ventilklappen durch den Volumenstrom auf die Auflageflächen gedrückt und auf diese Weise die oder jede Öffnung in jeder Auflagefläche mittels der jeweiligen Ventilklappe verschlossen, so dass das Richtungsventil schließt.
Die weitere Beschreibung wird – ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit – anhand eines Gases, zum Beispiel Atemgas, dessen Flussrichtung mittels des Richtungsventils bestimmt wird, fortgesetzt. Andere strömungsfähige Medien sind jeweils mitzulesen und als von der hier vorgelegten Beschreibung mit umfasst anzusehen.
Der Vorteil eines solchen Richtungsventils besteht aufgrund der randseitig am Ventilgehäuse angebrachten Ventilklappen darin, dass bei einem in Durchlassrichtung strömenden Gas die Öffnung der Ventilklappen im Zentrum des Richtungsventils erfolgt und die resultierende Strömung durch das Richtungsventil hindurch aufgrund der Ventilklappen keine wesentliche Richtungsänderung erfährt. Die oben beschriebene Neigung der Auflageflächen in Richtung des Gasstroms erleichtert das Öffnen des Ventils in Durchlassrichtung.
Die oben erwähnte Anpassung der Ventilklappen an die Form und Fläche der Auflageflächen bedeutet nicht, dass die Ventilklappen dieselbe Form und dieselbe Fläche derjenigen Auflagefläche aufweisen, auf der sie bei geschlossenem Richtungsventil aufliegen. Die erwähnte Anpassung bedeutet, dass die Form der Ventilklappen im Wesentlichen der Form der Auflageflächen folgt und dass sich dabei größenordnungsmäßig zur Oberfläche der Auflageflächen passende Oberflächen der Ventilklappen ergeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bei einer Ausführungsform des Richtungsventils ist jede Auflagefläche randseitig durch jeweils einen mit einer benachbarten Auflagefläche gemeinsamen Steg begrenzt, wobei alle Stege im Bereich einer Mittellängsachse des Richtungsventils zusammentreffen und der Ort des Zusammentreffens den höchsten Punkt der in Durchlassrichtung des Richtungsventils weisenden Spitze bildet. Bei im Bereich der Mittellängsachse des Richtungsventils zusammentreffenden Stegen resultiert eine pyramidenartige Form mit einer der Anzahl der Auflageflächen entsprechenden Anzahl von Seitenflächen mit zumindest zwei geraden, eine Spitze einschließenden Seitenflächen. Bei auf zumindest einer Seite spitzen Auflageflächen verjüngen sich auch die in Form und Fläche an die Auflageflächen angepassten Ventilklappen in Richtung dieser Spitzen und damit in Richtung auf das Zentrum des Ventilgehäuses. Dies bedeutet, dass jede Ventilklappe mit zunehmender Entfernung von der randseitigen Anbringung immer schmaler und wegen des resultierenden, abschnittsweise immer geringer werdenden Gewichts immer beweglicher wird (immer geringere Massenträgheit). Die Ventilklappen öffnen demnach bereits bei einem geringen Druck in Durchflussrichtung und bei steigendem Druck in Durchflussrichtung ergibt sich eine proportional oder zumindest im Wesentlichen proportional stetig zunehmende Öffnung der Ventilklappen.
Optional sind die Oberflächen aller Auflageflächen gleich groß und die Oberflächen aller Ventilklappen ebenfalls gleich groß, so dass sich eine regelmäßige, pyramidenartige Form ergibt, wobei die Regelmäßigkeit der Geometrie eine gleichmäßige Durchströmbarkeit des Richtungsventils gewährleistet.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Richtungsventil drei Auflageflächen und entsprechend drei Ventilklappen auf. Minimal drei Auflageflächen sind nötig, aber ausreichend, um eine Geometrie mit der in Durchlassrichtung des Richtungsventils weisenden Spitze zu erhalten.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Richtungsventils weist dieses ein mit dem Ventilgehäuse kombinierbares Ringelement auf, wobei alle Ventilklappen randseitig am Ringelement angebracht sind, insbesondere einstückig mit dem Ringelement verbunden sind. Ein solches Ringelement erleichtert die Anbringung der Ventilklappen am Ventilgehäuse und indem alle Ventilklappen am Ringelement angebracht sind, erfolgt mit dem Anbringen des Ringelements am Ventilgehäuse ein gleichzeitiges Anbringen aller Ventilklappen am Ventilgehäuse.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Richtungsventils mit einem mit dem Ventilgehäuse kombinierbaren Ringelement ist das Ringelement elastisch verformbar sowie lösbar mit dem Ventilgehäuse verbindbar und wird beim Herstellen (Montieren) des Ringelements durch elastische Verformung mit dem Ventilgehäuse verbunden, indem das elastisch verformbare Ringelement gedehnt und im gedehnten Zustand um das Ventilgehäuse gelegt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines Richtungsventils mit einem mit dem Ventilgehäuse kombinierbaren, elastisch verformbaren Ringelement weist das Ventilgehäuse des Richtungsventils in dessen Außenmantelfläche eine zur Aufnahme des Ringelements bestimmte umlaufende Nut sowie zumindest eine von der Nut ausgehende, insbesondere parallel zur Mittellängsachse des Richtungsventils orientierte Ausnehmung auf, während das Ringelement eine der Anzahl der Ausnehmungen entsprechende Anzahl von passend zur Ausrichtung des Ausnehmungen ausgerichteten Rippen aufweist. Die zur Aufnahme des Ringelements bestimmte Nut gewährleistet eine korrekte axiale Positionierung der Ventilklappen auf den Auflageflächen. Die oder jede jeweils formschlüssig von einer Ausnehmung in der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses aufgenommene Rippe gewährleistet eine korrekte Positionierung der Ventilklappen auf den Auflageflächen in Umfangsrichtung des Ventilgehäuses. Allein das korrekte Anbringen des Ringelements in der Nut im Ventilgehäuse und der oder jeder Rippe in jeweils einer Ausnehmung gewährleistet demnach die korrekte und bestimmungsgemäße Positionierung der Ventilklappen. Das Richtungsventil ist unmittelbar nach einer solchen Montage einsatzfähig und bei einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Richtungsventils wird das Ringelement in der Nut in der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses und jede Rippe in jeweils einer Ausnehmung platziert.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Richtungsventils ist eine spezielle Form der Ventilklappen vorgesehen. Dabei hat jede Ventilklappe die folgenden Eigenschaften: Jede Ventilklappe ist in Richtung auf eine Mittellängsachse des Richtungsventils spitz und weist von dieser Spitze ausgehende, stückweise gerade Randlinienabschnitte auf. Des Weiteren weist jede Ventilklappe beidseitig der randseitigen Anbindung stückweise der Kontur des Ventilgehäuses folgende Randlinienabschnitte auf, bei einem zylindrischen Ventilgehäuse also stückweise kreisbogenförmige Randlinienabschnitte. Zwischen den von der Spitze ausgehenden Randlinienabschnitten und den der Kontur des Ventilgehäuses folgenden Randlinienabschnitten weist jede Ventilklappe schließlich jeweils einen in einen spitzen Winkel eingeschriebenen bogenförmigen Randlinienabschnitt auf.
Bei einem zylindrischen Ventilgehäuse lässt sich die resultierende Form kurz gefasst am ehesten als im Wesentlichen dreieckig und mit einer Spitze sowie zwei „runden Ecken” beschreiben. Wesentlich sind die „runden Ecken”, also die in einen spitzen Winkel eingeschriebenen, bogenförmigen Randlinienabschnitte. Die Rundung an dieser Stelle („runde Ecke”) gewährleistet, dass eine sich bei einem in Durchlassrichtung angeströmten Richtungsventil öffnende Ventilklappe im Bereich dieser „runden Ecke” nicht mit dem angrenzenden Ventilgehäuse kollidiert, zumindest nicht in einer die Beweglichkeit der jeweiligen Ventilklappe einschränkenden Art und Weise mit der angrenzenden Innenoberfläche des Ventilgehäuses kollidiert.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform des Richtungsventils weist dieses unterhalb der Auflageflächen eine insbesondere wabenförmige Struktur mit parallel zur Mittellängsachse des Ventilgehäuses ausgerichteten Leitflächen auf. Die Struktur, nämlich deren parallel zur Mittellängsachse des Ventilgehäuses ausgerichtete Leitflächen, gewährleistet eine Homogenisierung des in Durchlassrichtung durch das Richtungsventil hindurchtretenden Gasstroms und sorgt für eine im Wesentlichen laminare Strömung durch das Richtungsventil.
Bei einer speziellen Ausführungsform eines Richtungsventils mit einer solchen insbesondere wabenförmigen Struktur stützt diese die Auflageflächen oder Teile der Auflageflächen, insbesondere im Bereich der Stege, zum Beispiel indem die Struktur bis an eine Unterseite der Auflageflächen heranreicht, insbesondere indem die Struktur auf der Unterseite der Auflageflächen einstückig mit den Auflageflächen verbunden ist, und ist demnach auch als Stützstruktur wirksam. Bei einer nochmals weiteren Aufführungsform eines Richtungsventils mit einer solchen Struktur (Stützstruktur) weist jede Auflagefläche eine einzige, großflächige und mittels der jeweiligen Ventilklappe verschließbare Öffnung auf, wobei sich die Stützstruktur auch im Bereich der Öffnung erstreckt, so dass die Ventilklappe im unbelasteten Zustand einerseits in einem Randbereich auf der Auflagefläche und andererseits auf der Stützstruktur aufliegt. Die Stützstruktur stützt dann nicht nur die Auflageflächen, sondern auch die Ventilklappen und verhindert ein Durchhängen oder Umschlagen der Ventilklappen. Letzteres erlaubt Auflageflächen mit einer einzigen großflächigen Öffnung. Alternativ kommen auch Auflageflächen mit einer Vielzahl kleinerer Öffnungen in Betracht. Dann stützt die Auflagefläche selbst die auf ihrer Oberfläche aufliegende Ventilklappe und verhindert ein Durchhängen oder Umschlagen.
Die Verwendung eines Richtungsventils der hier vorgeschlagenen Art kommt zum Beispiel in einem Kreislaufatemschutzgerät oder einem Kreislauftauchgerät, aber auch in Medizingeräten, zum Beispiel einem Beatmungsgerät, einem Anästhesiegerät oder dergleichen, in Betracht. Solche Geräte werden im Folgenden zusammenfassend kurz als Gerät bezeichnet. Entsprechend ist die Erfindung auch ein solches Gerät oder eine Vorrichtung mit Mitteln zum Leiten und/oder Fördern eines Gasstroms, insbesondere ein Kreislaufatemschutzgerät, ein Kreislauftauchgerät oder ein Medizingerät, mit einem Richtungsventil der hier und im Folgenden beschriebenen Art.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.
Es zeigen
1 eine Ausführungsform eines Richtungsventils gemäß dem hier vorgestellten Ansatz,
2 das Richtungsventil aus 1 in einer Explosionsdarstellung mit dessen Ventilgehäuse und einem am Ventilgehäuse anbringbaren Ringelement,
3 das Ventilgehäuse einzeln,
4 einen Längsschnitt durch das Richtungsventil aus 1,
5 das Richtungsventil aus 1 mit der eingezeichneten Schnittebene der 4 sowie
6 und 7 das Ringelement bzw. das Ventilgehäuse in einer Draufsicht.
Die Darstellung in 1 zeigt in einer isometrischen Ansicht eine Ausführungsform eines Richtungsventils 10 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Danach umfasst das Richtungsventil 10 ein Ventilgehäuse 12, insbesondere ein ringförmiges/zylindrisches Ventilgehäuse 12. Das Ventilgehäuse 12 ist zum Beispiel mit einem hier nicht gezeigten Atemschlauch eines Kreislaufatemschutzgeräts oder eines Kreislauftauchgeräts verbindbar und weist dafür in grundsätzlich optionaler Art und Weise an beiden Enden in seiner Innenoberfläche jeweils ein Profil für einen bajonettförmigen Anschluss eines Atemschlauchs auf. Auf diese oder ähnliche Art und Weise ist das Ventilgehäuse 12 alternativ mit einem ebenfalls nicht gezeigten Schlauch eines sonstigen Geräts der oben genannten Art verbindbar. Anstelle eine Schlauchs kommt selbstverständlich auch ein Rohr oder dergleichen oder ein sonstiger zur Weiterleitung von Gasen bestimmter Hohlkörper in Betracht.
Mit dem Ventilgehäuse 12 ist ein elastisches Ringelement 14 verbindbar. Dieses umfasst in symmetrischer Anordnung bewegliche Ventilklappen 16, 17, 18, die zum Beispiel aus einem dünnen, flexiblen Elastomermaterial bestehen und zusammen die lichte Querschnittsfläche des Ventilgehäuses 12 überdecken. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um drei Ventilklappen 16–18 und deren symmetrische Anordnung bedeutet einen Abstand von jeweils 120° zwischen den Randlinien zweier jeweils aneinander angrenzender Ventilklappen 16–18. Grundsätzlich sind auch mehr als drei jeweils symmetrisch angeordnete Ventilklappen 16–18 denkbar.
In der Darstellung in 1 zeigt ein gebrauchsfähiges Richtungsventil 10, bei dem das Ringelement 14 mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden ist. Die Ventilklappen 16–18 liegen an der als Ventilsitz fungierenden Oberfläche des Ventilgehäuses 12 an und entsprechend ist das Richtungsventil 10 geschlossen. Die Darstellung in 2 zeigt das Ventilgehäuse 12 und das Ringelement 14 einzeln.
Bei geschlossenem Richtungsventil 10 liegen die Ventilklappen 16–18 an zum Ventilgehäuse 12 gehörenden und als Ventilsitz fungierenden, geneigten Auflageflächen 20, 21, 22 an, die in der vereinzelten Darstellung von Ringelement 14 und Ventilgehäuse 12 in 2 besser erkennbar sind, und verschließen eine oder ggf. mehrere Öffnungen in der Auflagefläche 20–22. Jeweils zwei benachbarte Auflageflächen 20–22 schließen zusammen einen im Zentrum des Ventilgehäuses 12 endenden Steg 24 ein und bei drei Ventilklappen 16–18 ergeben sich entsprechend drei Stege 24 mit einem Winkelabstand von 120°.
Die Auflageflächen 20–22 weisen zumindest eine großformatige Öffnung oder alternativ eine Mehrzahl von Öffnungen auf, so dass die Gesamtfläche der Öffnungen aller Auflageflächen 20–22 nahe der Gesamtquerschnittsfläche des Ventilgehäuses 12 liegt. In der Darstellung in 2 ist eine Ausführungsform mit jeweils einer großformatigen Öffnung in jeder Auflagefläche 20–22 gezeigt und unterhalb jeder Öffnung ist eine Struktur 26 erkennbar, die als Stützstruktur fungiert und/oder zur Führung und Homogenisierung eines Gasstroms durch das Richtungsventil 10 bestimmt ist.
Bei der gezeigten Ausführungsform mit einem ringförmigen Ventilgehäuse 12 und einem Ringelement 14 mit drei Ventilklappen 16–18 weist jede Auflagefläche 20–22 eine im Wesentlichen dreieckige Grundform auf, wobei die zum Rand des Ventilgehäuses 12 weisende Kante der Kontur des Ventilgehäuses 12 folgt und entsprechend bogenförmig ist. Die einzelne großflächige Öffnung in jeder Auflagefläche 20–22 folgt der dreieckigen Grundform der jeweiligen Auflagefläche 20–22, weist in Richtung auf die zusammentreffenden, die jeweilige Auflagefläche 20–22 begrenzenden Stege 24 eine Spitze auf und ist in Richtung auf die anderen beiden Ecken der Auflagefläche 20–22 gerundet (die Öffnung hat also gewissermaßen die Form eines Dreiecks mit einer Spitze, einer der Spitze gegenüberliegenden runden Kante und zwei „runden Ecken” beidseitig der runden Kante).
Jede Ventilklappe 16–18 ist an die Form der Oberfläche ihrer jeweiligen Auflagefläche 20–22 angepasst und entsprechend haben bei der gezeigten Ausführungsform die einzelnen Ventilklappen 16–18 eine ebensolche Dreiecksform mit einer Spitze, einer runden Kante und zwei „runden Ecken”. Bei der gezeigten Ausführungsform zeichnet sich jede Ventilklappe 16–18 durch drei Merkmale aus: Jede Ventilklappe 16–18 ist in Richtung auf eine Mittellängsachse des Richtungsventils 10 spitz und weist von der Spitze 30 (1) ausgehende, stückweise gerade Randlinienabschnitte auf. Beidseitig einer als randseitige Anbindung 32 (1) bezeichneten Stelle, an welcher die Ventilklappen 16–18 am Ringelement 14 angebracht sind, insbesondere einstückig mit dem Ringelement 14 verbunden sind, weist jede Ventilklappe 16–18 stückweise der angrenzenden Kontur des Ventilgehäuses 12 folgende Randlinienabschnitte auf. Zwischen den von der Spitze 30 ausgehenden Randlinienabschnitten und den der Kontur des Ventilgehäuses 12 folgenden Randlinienabschnitten weist jede Ventilklappe 16–18 jeweils einen in einen spitzen Winkel eingeschriebenen bogenförmigen Randlinienabschnitt 34, 36 (1) auf. Die bogenförmigen Randlinienabschnitten 34, 36 bilden die „runden Ecken” der Ventilklappen 16–18. Die Beschreibung der Form der Ventilklappen 16–18 gilt – abgesehen von der randseitigen Anbindung 32 – bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch für die einzelnen Auflageflächen 20–22 sowie für die jeweils eine Öffnung in jeder Auflagefläche 20–22.
Die Auflageflächen 20–22 sind gegenüber einer gedachten Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse 12 geneigt. Zur Erläuterung dieser Neigung ist in 3 das Ventilgehäuse 12 aus 2 gezeigt, allerdings ohne eine vollständige Wiederholung der dortigen Bezugsziffern und stattdessen mit weiteren Bezugsziffern.
Die genannte Neigung der Auflageflächen 20–22 bedeutet, dass die inneren Ecken 40, an denen jeweils zwei Stege 24 zusammentreffen, nicht in derselben Ebene liegen wie die zum Rand des Ventilgehäuses 12 weisenden Kanten 42. Jede Auflagefläche 20–22 ist eben.
Beim Einbau wird das Ventilgehäuse 12 entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung orientiert. Die Durchlassrichtung D für die in 2 und 3 gezeigte Orientierung des Ventilgehäuses 12 ist mittels des dort eingezeichneten Blockpfeils illustriert. Erkennbar liegen die inneren Ecken 40 der Auflageflächen 20–22, an denen jeweils zwei Stege 24 zusammentreffen, stromaufwärts der zum Rand des Ventilgehäuses 12 weisenden Kanten 42 der Auflageflächen 20–22 und der dortigen (äußeren) Ecken. Dies erleichtert das Öffnen des Richtungsventils 10, wenn die Ventilklappen 16–18 in der gezeigten Strömungsrichtung angeströmt werden. Ein Gasstrom gegen die gezeigte Strömungsrichtung presst die Ventilklappen 16–18 dagegen auf die Auflageflächen 20–22, so dass die Öffnungen in den Auflageflächen 20–22 mittels der Ventilklappen 16–18 abgedeckt (verschlossen) sind und das Richtungsventil 10 bei einer solchen Strömungsrichtung sicher schließt.
Wenn die Position der inneren Ecken 40 der Auflageflächen 20–22, an denen jeweils zwei Stege 24 zusammentreffen, im Interesse einer einfachen Beschreibung als „oben” und eine Position einer Ebene (Querschnittsfläche) mit den „tiefsten” Punkten der zum Rand des Ventilgehäuses 12 weisenden Kanten 42 der Auflageflächen 20–22 als „unten” bezeichnet werden, rechtfertigt sich die Beschreibung, wonach die geneigte Ausrichtung der Auflageflächen 20–22 bedeutet, dass diese sich ausgehend von einer unteren Querschnittsfläche nach oben erheben und zusammen eine in Durchlassrichtung des Richtungsventils weisende (nach „oben” weisende) Spitze bilden. „Unten” und „oben” ist auch mit der Strömungsrichtung eines Gasstroms durch das geöffnete Richtungsventil 10 korreliert: Der Gasstrom erreicht das Richtungsventil 10 zunächst unten und strömt oben aus diesem aus. Die Auflageflächen 20–22 sind damit auch in Richtung einer Durchlassrichtung D des Richtungsventils 10 (von „unten” nach „oben”) geneigt. „Unten” und „oben” hat nichts mit einer jeweiligen Einbaulage des Richtungsventils 10 zu tun.
Die zum Ventilgehäuse 12 gehörenden Auflageflächen 20–22 sind zum Beispiel am Ventilgehäuse 12 angeformt, insbesondere indem das Ventilgehäuse 12 zusammen mit den Auflageflächen 20–22 als Kunststoffteil im selben Herstellungsprozess erzeugt wird (zum Beispiel durch Spritzgießen), oder mit dem Ventilgehäuse 12 geeignet verbunden, zum Beispiel durch Kleben, Anformen oder dergleichen.
Bei der in den Figuren gezeigten besonderen Ausführungsform des Richtungsventils 10 weist dieses im Ventilgehäuse 12 in grundsätzlich optionaler Art und Weise die bereits genannte Struktur 26 auf. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Struktur 26 wabenförmig.
Die Struktur 26 ist zur Homogenisierung eines durch ein geöffnetes Richtungsventil 10 (die Ventilklappen 16–18 sind dann von den Auflageflächen 20–22 abgehoben) hindurchtretenden Gasstroms wirksam und umfasst dafür parallel zur Mittellängsachse des Ventilgehäuses 12 ausgerichtete Leitflächen. Bei einer wabenförmigen Struktur 26 fungiert jede Randfläche einer Wabe als parallel zur Mittellängsachse des Ventilgehäuses 12 ausgerichtete Leitfläche.
Die Darstellung in 4 zeigt einen Längsschnitt durch das Richtungsventil 10, wobei in 5 der Verlauf der Schnittebene in dem ansonsten vollständig dargestellten Richtungsventil 10 gezeigt ist. Die Schnittebene verläuft durch einen der Stege 24 und teilt die Ventilklappe 17, die den beiden an den geschnittenen Steg 24 angrenzenden Ventilklappen 16, 18 gegenüberliegt, mittig. In der Darstellung ist vor allem erkennbar, dass die Struktur 26 die Stege 24 umfasst und auch im Bereich der Öffnungen in den Auflageflächen 20–22 bis an die Ventilklappen 16–18 heranreicht. Die Struktur 26 fungiert insoweit auch als Stützstruktur für die Auflageflächen 20–22 sowie die Ventilklappen 16–18 und verhindert ein Durchhängen der Ventilklappen 16–18 im unbelasteten Zustand sowie ein Umschlagen der Ventilklappen 16–18 bei einem Gasstrom gegen die Durchlassrichtung D und gewährleistet damit, dass das Richtungsventil 10 mit seinen Ventilklappen 16–18 und Auflageflächen 20–22 auch einem hohen Gegendruck standhalten kann.
Bei der in den Figuren gezeigten besonderen Ausführungsform des Richtungsventils 10 ist das Ringelement 14 lösbar mit dem Ventilgehäuse 12 verbindbar. Dafür ist das Ringelement 14 elastisch verformbar, derart, dass der Durchmesser des Ringelements 14 temporär aufgeweitet werden und das Ringelement 14 auf die Außenmantelfläche des Ventilgehäuses 12 aufgezogen werden kann. Zur Aufnahme des Ringelements 14 weist das Ventilgehäuse 12 in seiner Außenmantelfläche eine umlaufende Nut 44 (2, 4) auf. Nach dem Ende der Aufweitung verformt sich das Ringelement 14 elastisch zurück und liegt in der Nut 44 an dem dortigen Abschnitt der Außenoberfläche des Ventilgehäuses 12 an. Die Anbringung des Ringelements 14 in der Nut 44 gewährleistet eine korrekte „vertikale” (entlang der Mittellängsachse des Ventilgehäuses 12) Ausrichtung des Ringelements 14 und der daran angebrachten Ventilklappen 16–18 bezüglich der Auflageflächen 20–22 des Ventilgehäuses 12. Zur korrekten Ausrichtung jeder Ventilklappe 16–18 in Umfangrichtung des Ventilgehäuses 12 sind am Ringelement 14 zumindest eine Rippe 46 oder mehrere Rippen 46 (2) vorgesehen, die in dafür vorgesehene Ausnehmungen 48 (2) im Ventilgehäuse 12 eingreifen. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform des Richtungsventils 10 weist das Ventilgehäuse 12 drei in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete und parallel zur Mittellängsachse des Richtungsventils 10 orientierte Ausnehmungen 48 auf. Das Ringelement 14 weist eine entsprechende Anzahl von in Umfangsrichtung des Ringelements 14 gleichmäßig beabstandete und ebenfalls parallel zur Mittellängsachse des Richtungsventils 10 orientierte Rippen 46 auf. Durch diese Positionierhilfen (Nut 44; Rippe(n) 46 und Ausnehmung(en) 48) ist die Montage des Richtungsventils 10 erheblich vereinfacht und eine korrekte Positionierung der Ventilklappen 16–18 bezüglich der Auflageflächen 20–22 gewährleistet. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Ringelement 14 entsprechend der Anzahl der Ventilklappen 16–18 drei in Umfangsrichtung äquidistant beabstandete Rippen 46, wobei jeweils eine Rippe 46 in radialer Richtung an die randseitige Anbindung 32 (1) einer Ventilklappe 16–18 am Ringelement 14 anschließt. Die Materialstärke im Bereich der randseitigen Anbindung 32 bestimmt eine Vorspannung der Ventilklappen 16–18 für den geschlossenen Zustand des Richtungsventils 10 und eine geeignete Materialstärke in diesem Bereich sowie weiter in Richtung auf die Spitze 30 (1) erlaubt einen Einbau des Richtungsventils 10 in beliebigen Orientierungen.
Die Darstellungen in 6 und 7 zeigen abschließend das Ringelement 14 mit den daran angebrachten Ventilklappen 16–18 bzw. das Ventilgehäuse 12 mit den Auflageflächen 20–22 und der Struktur 26 in einer Draufsicht. Bei der gezeigten Ausführungsform des Richtungsventils 10 sind das Ventilgehäuse 12 und das Ringelement 14 in grundsätzlich optionaler Art und Weise einstückig ausgeführt. Das Ventilgehäuse 12 und das Ringelement 14 werden zum Beispiel durch Spritzgießen hergestellt, das Ringelement 14 durch ein Spritzgießverfahren, bei dem das verwendete Material und Wärmeeinfluss vulkanisiert.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier vorgelegten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Richtungsventil 10 mit einem Ventilgehäuse 12, einer Mehrzahl von durch einen Gasstrom oder durch ein strömendes Medium beweglichen und randseitig angebrachten Ventilklappen 16–18 sowie einer der Anzahl der Ventilklappen 16–18 entsprechenden Anzahl von Auflageflächen 20–22 als Ventilsitz, wobei jede Ventilklappe 16–18 an eine Oberfläche jeweils einer Auflagefläche 20–22 angepasst ist, wobei die Auflageflächen 20–22 gegenüber einer Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse 12 geneigt sind und wobei die Auflageflächen 20–22 zusammen eine in Durchlassrichtung D des Richtungsventils 10 weisende Spitze bilden, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Richtungsventils 10 und eine Verwendung eines solchen Richtungsventils 10.
Bezugszeichenliste

10: Richtungsventil
12: Ventilgehäuse
14: Ringelement
16: Ventilklappe
17: Ventilklappe
18: Ventilklappe
20: Auflagefläche
21: Auflagefläche
22: Auflagefläche
24: Steg
26: (Stütz-)Struktur
28
30: Spitze (einer Ventilklappe)
32: randseitige Anbindung (einer Ventilklappe)
34: bogenförmiger Randlinienabschnitt (einer Ventilklappe)
36: bogenförmiger Randlinienabschnitt (einer Ventilklappe)
38
40: innere Ecke (einer Auflagefläche)
42: Kante (einer Auflagefläche)
44: Nut (im Ventilgehäuse)
46: Rippe (am Ringelement)
48: Ausnehmung (im Ventilgehäuse)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1027518 A [0003]
DE 102010008923 A [0005]
WO 2012/010815 A1 [0006]

Claims

Richtungsventil (10) mit einem Ventilgehäuse (12), einer Mehrzahl von durch ein strömendes Medium beweglichen und randseitig angebrachten Ventilklappen (16–18) sowie einer der Anzahl der Ventilklappen (16–18) entsprechenden Anzahl von Auflageflächen (20–22) als Ventilsitz, wobei jede Ventilklappe (16–18) an eine Oberfläche jeweils einer Auflagefläche (20–22) angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (20–22) gegenüber einer Querschnittsfläche durch das Ventilgehäuse (12) geneigt sind und dass die Auflageflächen (20–22) zusammen eine in Durchlassrichtung des Richtungsventils (10) weisende Spitze bilden.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 1, wobei jede Auflagefläche (20–22) randseitig durch jeweils einen mit einer benachbarten Auflagefläche (20–22) gemeinsamen Steg (24) begrenzt ist und wobei alle Stege (24) im Bereich einer Mittellängsachse des Richtungsventils (10) zusammentreffen und der Ort des Zusammentreffens den höchsten Punkt der in Durchlassrichtung des Richtungsventils (10) weisenden Spitze bildet.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberflächen aller Auflagefläche (20–22) gleich groß und die Oberflächen aller Ventilklappen (16–18) ebenfalls gleich groß sind.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit drei Auflageflächen (20–22) und drei Ventilklappen (16–18).
Richtungsventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem mit dem Ventilgehäuse (12) kombinierbaren Ringelement (14), wobei die Ventilklappen (16–18) randseitig am Ringelement (14) angebracht sind.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 5, mit einem elastisch verformbaren, lösbar mit dem Ventilgehäuse (12) verbindbaren Ringelement (14).
Richtungsventil (10) nach Anspruch 6, mit einer zur Aufnahme des Ringelements (14) bestimmten umlaufenden Nut (44) in der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses (12), mit zumindest einer von der Nut (44) ausgehenden Ausnehmung (48) in der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses (12) und mit einer der Anzahl der Ausnehmungen (48) entsprechenden Anzahl von Rippen (46) am Ringelement (14), wobei jede Ausnehmung (48) zur formschlüssigen Aufnahme jeweils einer Rippe (46) bestimmt ist.
Richtungsventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede Ventilklappe (16–18) in Richtung auf eine Mittellängsachse des Richtungsventils (10) spitz ist sowie von der Spitze (30) ausgehende, stückweise gerade Randlinienabschnitte aufweist, beidseitig der randseitigen Anbindung (32) stückweise der Kontur des Ventilgehäuses (12) folgende Randlinienabschnitte aufweist und zwischen den von der Spitze (30) ausgehenden Randlinienabschnitten und den der Kontur des Ventilgehäuses (12) folgenden Randlinienabschnitten jeweils einen in einen spitzen Winkel eingeschriebenen bogenförmigen Randlinienabschnitt (34, 36) aufweist.
Richtungsventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Struktur (26) unterhalb der Auflageflächen (20–22) mit parallel zur Mittellängsachse des Ventilgehäuses (12) ausgerichteten Leitflächen.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 9, wobei die Struktur (26) die Auflagefläche (20–22) stützt.
Richtungsventil (10) nach Anspruch 9 oder 10, mit einer wabenförmigen Struktur (26).
Richtungsventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verwendung in einem Kreislaufatemschutzgerät, einem Kreislauftauchgerät oder einem Medizingerät.
Vorrichtung mit Mitteln zum Leiten und/oder Fördern eines Gasstroms, insbesondere Kreislaufatemschutzgerät, Kreislauftauchgerät oder Medizingerät, mit einem Richtungsventil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Richtungsventils (10) nach Anspruch 6, wobei das elastisch verformbare Ringelement (14) gedehnt und im gedehnten Zustand um das Ventilgehäuse (12) gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 zur Herstellung eines Richtungsventils (10) nach Anspruch 7, wobei das Ringelement (14) in der Nut (44) in der Außenmantelfläche des Ventilgehäuses (12) und jede Rippe (46) in jeweils einer Ausnehmung (48) platziert wird.