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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil. Derartige Ventile sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bei einem Rückschlagventil kann die Dichtung z.B. über einen schwerkraftschließenden Dichtkörper erfolgen, der (infolge seiner Schwerkraft) mit einer Vorderseite abdichtend auf einer Dichtfläche des umgebenden Ventilkörpers zu liegen kommt. Hierbei sind Dichtkörper mit geraden bzw. ebenen Vorderseiten oder gekrümmten, insbesondere halbkugelförmigen Vorderseiten bekannt.
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Regelmäßig besteht bei derartigen Rückschlagventilen die Problematik, dass verhältnismäßig kleine Einströmquerschnitte vorliegen, die erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten bedingen, was einen erhöhten Druckverlust zur Folge hat, was insbesondere bei tiefkalt verflüssigten Gasen einen erhöhten Gasanteil erzeugt, so dass im nachfolgenden Zylinder ein geringerer Füllungsgrad und mithin eine geringere Fördermenge vorliegt. Bei gerundeten Vorderseiten von Dichtkörpern, die z.B. zur Anlage an einer innenkonusförmigen Dichtfläche des Ventilkörpers vorgesehen sind, liegt regelmäßig eine schlechtere Abdichtung vor, wobei oftmals keine wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit zum Nacharbeiten der Vorderseite bzw. Dichtfläche bei Wartungen des Ventils bzw. eines das Ventils aufweisenden Apparates (z.B. Pumpe) besteht.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil zu schaffen, das hinsichtlich der vorgenannten Nachteile verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Rückschlagventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 ist danach ein Rückschlagventil vorgesehen, mit:
- - einem Ventilkörper, der sich entlang einer Ventilachse erstreckt und einen entlang der Ventilachse erstreckten Innenraum aufweist, der sich von einer Einlassöffnung des Ventilkörpers zu einer Auslassöffnung des Ventilkörpers erstreckt,
- - einem im Innenraum des Ventilkörpers gleitend angeordneten Dichtkörper, der eine Vielzahl an Kanälen aufweist und der dazu konfiguriert ist, entlang der Ventilachse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position im Innenraum hin und her bewegt zu werden,
- - wobei der Dichtkörper in der ersten Position mit einer senkrecht zur Ventilachse verlaufenden Vorderseite abdichtend an einer (senkrecht zur Ventilachse verlaufenden) Dichtfläche des Ventilkörpers anliegt, so dass das Rückschlagventil geschlossen ist, und
- - wobei der Dichtkörper in der zweiten Position mit seiner Vorderseite beabstandet zur Dichtfläche angeordnet ist, so dass das Rückschlagventil geöffnet ist und ein Fluid über die Einlassöffnung, die Kanäle und die Auslassöffnung durch den Ventilkörper führbar ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der jeweilige Kanal in einem senkrecht zum jeweiligen Kanal orientierten Querschnitt als Langloch ausgebildet ist.
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Weiterhin wird unter einem Fluid insbesondere ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium verstanden. Insbesondere kann das Fluid ein Gemisch aus zwei Phasen sein, z.B. flüssig/gasförmig. Weiterhin kann es sich bei dem Fluid um eine tiefkalt verflüssigtes Gas handeln (sogenanntes Flüssiggas).
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Die Ventilachse bildet insbesondere eine Zylinderachse aus und erstreckt sich mittig durch den Ventilkörper sowie den Dichtkörper, die beide (bzgl. der Ventilachse) koaxial zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dichtkörper eine an die Vorderseite angrenzende umlaufende Fase aufweist, über die die Vorderseite mit einer umlaufenden Seitenoberfläche des Dichtkörpers verbunden ist.
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Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fase in einer Querschnittsebene, in der die Ventilachse liegt, einen spitzen Winkel mit der Dichtfläche bzw. einer Erstreckungsebene der Dichtfläche bildet, der größer als 0° jedoch kleiner als 90° ist.
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Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass sich der jeweilige Kanal von einer an der Fase ausgebildeten Kanalöffnung, die als Langloch ausgebildet ist, hin zu einer Ausnehmung des Dichtkörpers erstreckt, die an einer der Vorderseite abgewandten Hinterseite des Dichtkörpers vorgesehen ist.
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Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kanalöffnungen nebeneinander und/oder äquidistant zueinander entlang einer Umfangsrichtung der Fase in der Fase ausgebildet sind, wobei insbesondere die jeweilige als Langloch ausgebildete Kanalöffnung in der Umfangsrichtung längserstreckt ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Vorderseite des Dichtkörpers vorzugsweise eben und/oder kreisförmig ausgebildet. Die Vorderseite des Dichtkörpers gelangt somit in der 1. Position des Dichtkörpers idealerweise vollflächig zur Anlage an die besagte im Innenraum des Ventilkörpers vorgesehene Dichtfläche.
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Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Seitenoberfläche, die insbesondere eine Zylindermantelfläche bildet, formschlüssig an einer umlaufenden Innenseite des Ventilkörpers anliegt, so dass der Dichtkörper mit seiner Seitenoberfläche entlang der Innenseite des Ventilkörpers zwischen den beiden Positionen hin und her gleiten kann. Hierbei reicht insbesondere ein durch das Fluid erzeugter Druck aus, um den Ventilkörper aus der ersten in die zweite Position zu bewegen, wobei der Dichtkörper bevorzugt schwerkraftgetrieben ist, d.h., bei nachlassendem Druck infolge seiner Schwerkraft wieder zurück in die erste Position bewegt wird, in der der Dichtkörper das Rückschlagventil schließt. Der Dichtkörper kann auch durch Druckdifferenzen getrieben sei.
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Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die besagte Dichtfläche einen umlaufenden Randbereich der Einlassöffnung des Ventilkörpers bildet.
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Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Innenseite des Ventilkörpers stromab der Einlassöffnung einen die Ventilachse umlaufenden Abschnitt aufweist, der eine Kegelstumpfmantelfläche bzw. einen Innenkonus bildet, wobei jener Abschnitt bei einem in der zweiten Position angeordneten Dichtkörper (geöffneter Zustand des Rückschlagventils) den Kanalöffnungen in einer senkrecht zur Ventilachse gelegenen Ebene gegenüber liegt.
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Hierbei ist des Weiteren bevorzugt vorgesehen, dass die Kanäle ausgehend von der jeweiligen Kanalöffnung zur Ventilachse hin geneigt verlaufen, so dass insbesondere die Kanäle jeweils den gleichen spitzen Neigungswinkel mit der Ventilachse bilden.
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Dabei ist des Weiteren bevorzugt vorgesehen, dass der Winkel zwischen einer Mantellinie der besagten Kegelstumpfmantelfläche bzw. des Innenkonus und der Ventilachse (die hier auch die Kegelachse bildet) gleich dem besagten Neigungswinkel der Kanäle ist.
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil weist mit Vorteil aufgrund der langlochartigen Kanäle sowie insbesondere aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Dichtkörpers bezüglich des Ventilkörpers einen vergleichsweise großen bzw. vergrößerten Einströmquerschnitt auf, der eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit und somit einen geringeren Druckverlust zur Folge hat. Hierdurch wird bei tiefkalt verflüssigten Gasen ein niedrigerer Gasanteil erzeugt, der einen höheren Füllungsgrad des nachfolgenden Zylinders mit Flüssigkeit und entsprechend eine höhere Fördermenge aufweist.
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Der Ventilkörper ist bevorzugt gemäß einer Ausführungsform aus einem der folgenden Materialien gefertigt: Stahl, insbesondere Edelstahl, CrNi-Stahl, nichtrostender tieftemperaturgeeigneter CrNi-Stahl bzw. sonstige tieftemperaturgeeigneten Stähle.
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Der Dichtkörper ist bevorzugt gemäß einer Ausführungsform aus einem der folgenden Materialien gefertigt: tieftemperaturgeeigneter Kunststoff, Polytetralfluorethylen Polyetheretherketon, Polyimid, Polyamidimid.
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Durch die Ausformung der Dichtfläche des Ventilkörpers sowie der Vorderseite des Dichtkörpers ist eine sehr gute Abdichtung möglich, wobei diese Dichtflächenpaarung zudem wirtschaftlich sinnvoll nacharbeitbar ist.
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil kann grundsätzlich in Kolbenpumpen und Verdichtern eingesetzt werden. Als Medien können alle erdenklichen kryogenen sowie nicht kryogene Fluide verwendet werden. Das erfindungsgemäße Rückschlagventil ist auch außerhalb von Pumpen allgemein als Rückschlagventil einsetzbar.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils entlang einer zentralen Ventilachse des Rückschlagventils;
- 2 eine Schnittansicht des in der 1 gezeigten Dichtkörpers entlang der Linie A-A gemäß 5;
- 3 eine Draufsicht auf die Vorderseite des in den 1 und 2 gezeigten Dichtkörpers;
- 4 eine Seitenansicht des in den 1 bis 3 gezeigten Dichtkörpers; und
- 5 eine Draufsicht auf die Hinterseite des in den 1 bis 4 gezeigten Dichtkörpers.
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Die 1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 bis 5 ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil 1.
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Dieses weist einen Ventilkörper 100 auf, der sich entlang einer zentralen Ventilachse A erstreckt und einen entlang der Ventilachse A erstreckten Innenraum 101 aufweist, der sich von einer Einlassöffnung 102 des Ventilkörpers 100 zu einer Auslassöffnung 103 des Ventilkörpers 100 erstreckt. Im Innenraum 101 ist dabei eine die Einlassöffnung 102 umrandende sowie ebene und ringförmige Dichtfläche 100a vorgesehen, gegen die ein im Ventilkörper 100 geführter Dichtkörper 200 in der axialen Richtung A mit seiner ebenen und insbesondere kreisförmigen Vorderseite 200b drücken kann (z. B. in Folge seiner Schwerkraft), so dass das Rückschlagventil 1 geschlossen ist. Der Dichtkörper 200 ist dabei gleitend im Innenraum 101 des Ventilkörpers angeordnet, wobei er eine Vielzahl (z.B. fünf) an Kanälen 201 aufweist und dazu konfiguriert ist, entlang der Ventilachse A zwischen der besagten ersten Position, in der der Dichtkörper 200 abdichtend an der Dichtfläche 100a anliegt, in eine zweite Position bewegt zu werden (z.B. durch ein durch die Einlassöffnung 102 in den Innenraum 101 einströmendes Fluid F), in der der Dichtkörper 200 mit seiner Vorderseite 200b in der axialen Richtung A beabstandet zur Dichtfläche 100a angeordnet ist, zwischen der Dichtfläche 100a und der Vorderseite 200b ein Spalt entsteht, über den das Fluid F in die Kanäle 201 gelangen kann (vgl. in der 1 eingezeichnete Strömungspfade des Fluids F durch die Kanäle 201) und über die Auslassöffnung 103 aus dem Ventilkörper 100 austreten kann. Das Rückschlagventil 1 befindet sich somit in seinem geöffneten Zustand. Erfindungsgemäß ist der jeweilige Kanal 201 in einem senkrecht zum jeweiligen Kanal 201 orientierten Querschnitt als Langloch ausgebildet.
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Weiterhin weist der Dichtkörper 200 eine an die Vorderseite 200b angrenzende umlaufende Fase 200c auf, über die die Vorderseite 200b mit einer umlaufenden zylindermantelförmigen Seitenoberfläche 200d des Dichtkörpers 200 verbunden ist, mit der der Dichtkörper 200 gleitend an der Innenseite 104 des Innenraumes 101 des Volumenkörpers 100 anliegt.
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Bevorzugt bildet die Fase 200c in einer Querschnittsebene, in der auch die Ventilachse A liegt, einen Winkel W mit der Dichtfläche 100a bzw. der Vorderseite 200b aus, für den bevorzugt gilt: 0° < W < 90°.
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Die Kanäle 201, über die das Fluid F im geöffneten Zustand des Rückschlagventils 1 durch den Dichtkörper 200 zur Auslassöffnung 103 strömen kann, bilden in der Oberfläche der Fase 200c Langlöcher 201b aus, von denen aus sich der jeweilige Kanal 201 durch den Dichtkörper 200 hindurch zu einer zylindrischen Ausnehmung 202 des Dichtkörpers 200 erstreckt, die an einer der Vorderseite 200b abgewandten Hinterseite 200a des Dichtkörpers 200 vorgesehen ist. Anstelle von Langlöchern können auch im Querschnitt kreisförmige Löcher bzw. normale kreiszylinderförmige Bohrungen verwendet werden.
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Die Kanalöffnungen 201b sind dabei äquidistant zueinander entlang einer Umfangsrichtung U der Fase 200c in der Fase 200c ausgebildet, wobei insbesondere die jeweilige als Langloch ausgebildete Kanalöffnung 201b in der Umfangsrichtung U ihre langlochtypische Längserstreckung aufweist.
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Die von der jeweiligen Kanalöffnung 201 b ausgehenden Kanäle verlaufen jeweils geneigt zur Ventilachse A, so dass sie in Strömungsrichtung aufeinander zu laufen, wobei die Kanäle 201 jeweils einen spitzen Neigungswinkel W‘ mit der Ventilachse A bilden (vgl. 2).
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Innenseite 104 des Ventilkörpers 100 stromab der Einlassöffnung 102 einen die Ventilachse A umlaufenden Abschnitt 104a aufweist, der eine Kegelstumpfmantelfläche bzw. einen Innenkonus bildet, wobei jener Abschnitt 104a bei einem in der zweiten Position angeordneten Dichtkörper 200 den Kanalöffnungen 201b in einer senkrecht zur Ventilachse A gelegenen Ebene gegenüber liegt, so dass das Fluid F entlang des Innenkonus 104a ohne Richtungsänderung in den Dichtkörper 200 bzw. dessen Kanäle 201 einströmen kann.
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Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Winkel W“ (vgl. 1) zwischen einer Mantellinie M der Kegelstumpfmantelfläche 104a und der Ventilachse A (die hier auch die Kegelachse bildet) gleich dem Neigungswinkel W‘ (vgl. 2) der Kanäle 201 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rückschlagventil
- 100
- Ventilkörper
- 100a
- Dichtfläche des Ventilkörpers
- 101
- Innenraum
- 102
- Einlassöffnung
- 103
- Auslassöffnung
- 104
- Innenseite
- 104a
- Abschnitt bzw. Kegelstumpfmantelfläche
- 200
- Dichtkörper
- 200a
- Hinterseite
- 200b
- Vorderseite
- 200c
- Fase
- 200d
- Seitenoberfläche
- 201
- Kanal
- 201b
- Kanalöffnung (Langloch)
- 202
- Ausnehmung
- A
- Ventilachse
- F
- Fluid
- M
- Mantellinie
- W
- Winkel (Fase)
- W‘
- Neigungswinkel (Kanäle)
- W“
- Winkel (Abschnitt)
- U
- Umfangsrichtung
