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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Luftverdichter, welche Luft aus der Umgebung ansaugen weisen üblicherweise ein Rückschlagventil auf. Bei solch einem pneumatischen Rückschlagventil wird eine Einlassleitung gegenüber einer Auslassleitung abgedichtet. Das Rückschlagventil umfasst im Wesentlichen einen Ventilsitz und einen Ventilstößel. Dabei dichtet eine bestimmte Dichtgeometrie des Ventilstößels an einer Dichtfläche des Ventilsitzes ab. Zur besseren Abdichtung ist die Dichtfläche des Ventilsitzes meist aus einem Elastomer vorgesehen. Die stabile Dichtgeometrie des Ventilstößels drückt sich in den Elastomer und verformt diesen dabei. Dadurch wird die Einlassleitung gegenüber der Auslassleitung abgedichtet und die Dichtigkeitsanforderungen werden erfüllt.
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Solch ein Rückschlagventil wird beispielsweise in Luftverdichtern für Luftfedersysteme verwendet. Diese Luftfedersysteme für Kraftfahrzeuge haben größtenteils lange Standzeiten, in denen der Luftverdichter bei Inbetriebnahme sofort wieder verfügbar sein muss und keinen Luftdruck verlieren darf. Bei der oben genannten Ventilsitzausführung führt der Luftdruck auf den Ventilstößel bei längeren Standzeiten zur Bildung eines Abdruckes im Elastomer, was der Dichtgeometrie des Ventilstößels geschuldet ist. Um dies zu verhindern, wäre eine Möglichkeit die Verwendung eines härten Elastomers. Allerdings können die notwendigen härteren Elastomermischungen die geforderte Dichtigkeit nicht absolut erfüllen.
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Es besteht nun bei einem beweglichen Ventilstößel die Gefahr, dass der Ventilstößel neben dem im Elastomer entstandenen Abdruck aufsetzt. Dies kann beispielsweise durch Vibrationen oder Temperaturschwankungen hervorgerufen werden. Dadurch sitzt die Dichtgeometrie des Ventilstößels neben dem Abdruck und es kommt unmittelbar zu einer Leckage. Das Rückschlagventil kann die geforderte Dichtigkeitsanforderung nicht mehr erfüllen.
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Eine Möglichkeit um dies zu verhindern wäre, eine präzisere Fertigung der Maße von Ventilstößel und Ventilsitz zueinander. Dies führt allerdings zu hohen Fertigungskosten.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung mit einem Rückschlagventil bereitzustellen, welches eine sichere Abdichtfunktion bei breiten Fertigungstoleranzen gewährleistet.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung mit einem Gehäuse bereitgestellt, in dem ein Luftverdichter angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse eine Ausnehmung vorgesehen ist, in welcher ein pneumatisch betätigbarer Ventilkörper beweglich angeordnet ist, und mit einem Anschlusselement, welches am Gehäuse angeordnet ist und als Ventilsitz für den Ventilkörper wirkt, wobei am Ventilkörper ein Elastomerelement zum Anschlusselement hin angeordnet ist. Bevorzugt dient die Vorrichtung der Luftversorgung eines Luftfedersystems. Das Gehäuse wirkt im Bereich der Ausnehmung als Ventilgehäuse.
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Vorteilhafterweise wird durch die Positionierung des Elastomerelements am Ventilkörper hin zum Anschlusselement, die sonst nachteilige Bildung eines Abdruckes in einer elastomeren Dichtfläche eines Ventilsitzes vollständig vermieden. Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet eine hohe Dichtigkeit über die gesamte Lebensdauer des Rückschlagventils hinweg.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ventilkörper mehrere Ausformungen, welche zur seitlichen Führung des Ventilkörpers in dem Gehäuse dienen. Die Ausformungen sind am äußeren Umfang des Ventilkörpers vorgesehen und derart geformt, dass sie parallel zur Seitenwand des Gehäuses bzw. des Ventilgehäuses ausgerichtet sind. Dadurch korrespondiert eine äußere Fläche der Ausformungen mit der Seitenwand des Gehäuses. Bevorzugt dienen die Ausformungen dem bodenseitigen Abstützen des Ventilkörpers in dem Gehäuse. Die Ausformungen sind weiterhin derart in Richtung Boden des Ventilgehäuses ausgeformt, dass die Ausformungen den Ventilkörper am Ventilgehäuse abstützen. Die Ausformungen dienen somit als Führungsmittel für den Ventilkörper im Ventilgehäuse. Vorteilhafterweise bilden die Ausformungen mit dem Ventilkörper einen Gesamtdurchmesser, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser des Ventilgehäuses entspricht, wobei der Kerndurchmesser des Ventilkörpers wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Ventilgehäuses. Damit ist durch die Ausformungen eine sichere Bewegung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse gewährleistet, ohne dass es zu einem Verkippen oder Verkeilen des Ventilkörpers im Ventilgehäuse kommen kann. Die Toleranzmaße des Ventilkörpers und des Ventilgehäuses können hinsichtlich einer kostengünstigen Fertigung breit ausgelegt werden (Spielpassung). Besonders bevorzugt ist der Ventilkörper mittels der Ausformungen luftüberströmbar. Der Ventilkörper stützt sich mittels der Ausformungen am Boden des Ventilgehäuses ab und aufgrund des kleineren Kerndurchmessers wird eine Luftüberströmung des Ventilkörpers ermöglicht. Somit befindet sich das Rückschlagventil in einer geöffneten Stellung und erlaubt eine Luftansaugung durch den Luftverdichter.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform führt von der Ausnehmung ein Ausgangskanal zum Luftverdichter. In der geöffneten Stellung des Rückschlagventils saugt der Luftverdichter Luft aus der Umgebung an, wobei die angesaugte Luft den Ventilkörper überströmt. Bevorzugt bildet das Anschlusselement einen Eingangskanal, wobei besonders bevorzugt der Eingangskanal gegenüber dem Ausgangskanal mittels des Ventilkörpers mit Elastomerelement abdichtbar ist. Bei der Luftansaugung aus der Umgebung strömt Luft über den Eingangskanal hin zum Ausgangskanal. Der pneumatisch betätigbare Ventilkörper wird durch den Umgebungsdruck in die geöffnete Position gebracht, wobei sich der Ventilkörper mit den Führungsmitteln am Boden des Ventilgehäuses abstützt. Während des Betriebs des Luftfedersystems liegt im Luftverdichter wiederum ein größerer Innendruck vor als der Umgebungsdruck, wodurch der Ventilkörper gegen das Anschlusselement gedrückt wird. Somit befindet sich der Ventilkörper am Ventilsitz in der geschlossen Position. In dieser Position kann keine Luft vom Ausgangskanal über den Eingangskanal in die Umgebung entweichen und das Rückschlagventil erfüllt seine Verschlussfunktion.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Elastomerelement am Ventilkörper anvulkanisiert oder angeklebt. Bevorzugt weist das Elastomerelement eine Erhebung am Außenumfang auf. Vorzugsweise weist das Anschlusselement eine plane Dichtfläche zum Ventilkörper hin auf, wobei das Elastomerelement mittels der Erhebung an der Dichtfläche abdichtet. Im Wesentlichen ist das Elastomerelement kostengünstig mit dem Ventilkörper verbunden und dichtet mittels seiner Erhebung besonders druckfest an der Dichtfläche des Anschlusselements ab. Die Dichtfunktion ist durch die Erhebung des Elastomerelements zusammen mit der planen Dichtfläche des Anschlusselements realisiert, wodurch der Ventilkörper sich vorteilhafterweise auch in radialer Richtung im Ventilgehäuse bewegen kann und dennoch am Ventilsitz sicher abdichtet. Somit kann es zu keinen Einbußen bezüglich der Dichtigkeitsanforderungen kommen.
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Verwendung findet die Vorrichtung in einem Luftfedersystem eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einer Luftfeder und pneumatischen Leitungen, welche die Luftfeder mit der Vorrichtung verbinden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
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Es zeigen
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1 schematisch eine beispielsgemäße Vorrichtung,
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2 eine beispielsgemäße Vorrichtung im Bereich, der als Rückschlagventil wirkt, und
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3 einen beispielsgemäßen Ventilkörper.
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In 1 ist eine beispielsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 15, in welchem ein Luftverdichter 16 angeordnet ist. Gehäuse 15 weist weiterhin eine zylindrische Ausnehmung 2 auf, sodass das Gehäuse 15 als Ventilgehäuse wirksam ist. In Ausnehmung 2 ist ein pneumatisch betätigbarer Ventilkörper 6 beweglich angeordnet, wobei am Ventilkörper 6 ein Elastomerelement 7 angeordnet ist. Am Gehäuse 15 ist weiterhin auf Position der Ausnehmung 2 ein hohlzylindrisches Anschlusselement 5 angeordnet, welches als Ventilsitz wirksam ist und einen Eingangskanal 4 bildet. Von Ausnehmung 2 geht ein Ausgangskanal 3 zum Luftverdichter 16. Gehäuse 15 kann als einteiliger pneumatischer Block ausgebildet sein, welcher den Luftverdichter 16 beinhaltet und weitere Komponenten, wie z.B. pneumatische Kanäle und pneumatische Ventile oder elektro-pneumatische Ventile umfasst. An dem Gehäuse 15 kann ein Elektromotor zum Antrieb des Luftverdichters 16 angeordnet sein, sowie eine Lufttrocknervorrichtung. Zur Steuerung des Luftverdichters 16 und der elektro-pneumatischen Ventile, kann ein Steuergerät am Gehäuse 16 vorgesehen sein.
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2 zeigt eine beispielsgemäße Vorrichtung im Bereich, der als Rückschlagventil wirkt. Dabei umfasst das Rückschlagventil eine Bohrung im Gehäuse 15, sodass Gehäuse 15 ein Ventilgehäuse bildet. Mittels der Bohrung ist ein Bodenabschluss der Ausnehmung 2 im Gehäuse 15 realisiert, welcher dem Anschlusselement 5 gegenüberliegt. Von dem Bodenabschluss der Ausnehmung 2 führt Ausgangskanal 3, welcher beispielsweise als durchgehende Bohrung im Gehäuse ausgebildet sein kann, der zu einem Ansaugraum des Luftverdichters führt und daher als Luftzufuhrleitung dient. Zum anderen umfasst das Rückschlagventil das Anschlusselement 5, welches auf Position der Ausnehmung 2 an der entsprechenden Außenfläche des Gehäuses 15 angeordnet ist. Anschlusselement 5 wirkt als Ventilsitz und bildet einen Eingangskanal 4, welcher zur Ansaugung von Luft aus der Umgebung dient. Anschlusselement 5 weist eine plane Dichtfläche 10 auf, welche im Bereich der Ausnehmung 2 frei liegt und dem Ventilkörper 6 als Ventilsitz dient. Ebenfalls umfasst des Rückschlagventil innerhalb der Ausnehmung 2 den beweglichen Ventilkörper 6. Ventilkörper 6 ist pneumatisch betätigbar, wobei mittels Ventilkörper 6 der Eingangskanal 4 gegenüber dem Ausgangskanal 3 abdichtbar ist.
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Ventilkörper 6 weist zum einen Kerndurchmesser 12 auf, welcher wesentlich kleiner ist als der Durchmesser 11 der Ausnehmung 2. Am Kerndurchmesser 12 bzw. am Umfang des Ventilkörpers 6 sind mehrere Ausformungen 8 vorgesehen, welche in Richtung des Ausgangkanals 3 und entlang einer inneren Seitenwand des Ventilgehäuses geformt sind. Ausformungen 8 sind daher derart ausgebildet, dass sie einen Gesamtdurchmesser des Ventilkörpers 6 bilden, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser 11 des Ventilgehäuses entspricht. Ausformungen 8 stützen den Ventilkörper 6 am Boden der Ausnehmung 2 ab, in welcher der Ventilkörper 6 eine geöffnete Stellung einnehmen kann. Demzufolge kann Luft vom Eingangskanal 4 am Kerndurchmesser 12 des Ventilkörpers 6 vorbei überströmen und somit über den Ausgangskanal 3 zum Luftverdichter gelangen. Die Toleranzmaße des Gesamtdurchmessers von Ventilkörper 6 und des Durchmesser 11 der Ausnehmung 2 können zwecks kostengünstiger Fertigung breit ausgelegt werden. Ausformungen 8 gewährleisten als Führungsmittel die sichere Bewegung von Ventilkörper 6 in Ausnehmung 2 ohne dass Ventilkörper 6 verkippen oder verkeilen kann. Aufgrund dessen können Ventilkörper 6 und Ausnehmung 2 auf eine kostengünstige Spielpassung hin ausgelegt werden.
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Am Ventilkörper 6 ist das Elastomerelement 7 zum Anschlusselement 5 hin angeordnet, welches am Ventilkörper 6 anvulkansiert oder angeklebt ist. Elastomerelement 7 dient im Wesentlichen dem Abdichten von Eingangskanal 4 gegenüber Ausgangskanal 3. Der Durchmesser 13 von Elastomerelement 7 ist größer als der Durchmesser 14 des Eingangskanals 4. Elastomerelement 7 weist weiterhin eine Erhebung 9 am Außenumfang und eine kleinere Erhebung am Mittelpunkt auf. Die Dichtigkeitsfunktion des Rückschlagventils wird durch Ventilkörper 6 mit Elastomerelement 7 und mittels Erhebung 9, welche an der Dichtfläche 10 des Anschlusselements 5 anliegt erfüllt. Unabhängig von der radialen Bewegung des Ventilkörpers 6 innerhalb des Ventilsitzes 2, gewährleistet die Dichtfläche 10 zusammen mit der Erhebung 9 eine ständige Dichtfunktion.
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Der Luftverdichter kann als Teil eines Luftfedersystems auf zwei Arten betrieben werden, wobei der Luftverdichter dem Befüllen mindestens einer Luftfeder oder eines Luftspeichers dient. Im offenen Luftversorgungsbetrieb des Luftverdichters wird Luft aus der Umgebung mittels Eingangskanal 4 angesaugt und mittels Ausgangskanal 3 zum Luftverdichter geleitet. Dabei wird die Luftfeder oder der Luftspeicher befüllt. Durch die Ansaugung des Luftverdichters liegt in diesem Fall ein Umgebungsdruck vor, welcher höher ist als ein Unterdruck im Luftfedersystem. Dadurch dass der Umgebungsdruck höher ist, wird das Rückschlagventil geöffnet bzw. der Ventilkörper 6 an den Boden des Ventilgehäuses gedrückt. In dieser Stellung kann Luft durch den Luftverdichter angesaugt werden, wobei diese den Ventilkörper 6 überströmt. Im geschlossenen Luftversorgungsbetrieb wird mittels des Luftverdichters Luft aus dem Luftspeicher in die Luftfeder oder umgekehrt geleitet. Dabei herrscht im Luftfedersystem ein höherer Systemdruck als in der Umgebung. Dadurch dass der Systemdruck höher ist, wird das Rückschlagventil verschlossen bzw. der Ventilkörper 6 mit Elastomerelement an das Anschlusselement 5 gedrückt.
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3 zeigt in perspektivischer Ansicht einen beispielsgemäßen Ventilkörper 6 mit Elastomerelement 7. Ventilkörper 6 weist einen Kerndurchmesser 12 auf, welcher wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung. Dadurch kann bei geöffnetem Rückschlagventil Luft den Ventilkörper 6 umströmen. Kerndurchmesser 12 und der Durchmesser des Elastomerelements 7 sind größer als der Durchmesser des Eingangskanals. Weiterhin weist Elastomerelement 7 eine äußere Erhebung 9 und eine kleinere mittlere Erhebung auf. Durch äußere Erhebung 9 dichtet das Elastomerelement 7 bei geschlossenem Rückschlagventil an der Dichtfläche des Ventilsitzes ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Ausnehmung
- 3
- Ausgangskanal
- 4
- Eingangskanal
- 5
- Anschlusselement
- 6
- Ventilkörper
- 7
- Elastomerelement
- 8
- Ausformung
- 9
- Erhebung
- 10
- Dichtfläche
- 11
- Durchmesser Ventilsitz
- 12
- Kerndurchmesser Ventilkörper
- 13
- Durchmesser Elastomerelement
- 14
- Durchmesser Eingangskanal
- 15
- Gehäuse
- 16
- Luftverdichter
