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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Einwegventil-Baugruppe, und betrifft insbesondere eine Einwegventil-Baugruppe mit einer effizienten Rückschlag-Sperre (anti-reverse).
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STAND DER TECHNIK
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Derzeit verwenden Entwickler oftmals ein Einwegventil, um eine Fluidströmung entlang einer einzigen Richtung zu erzeugen, um so die Situation zu vermeiden, dass die Ausström-Effizienz des Fluides aufgrund von gegenläufigen Strömungsrichtungen reduziert ist. Dabei besteht jedoch hinsichtlich der Fragestellung, wie das Einwegventil zu gestalten ist, sodass das durchströmende Fluid nur entlang einer einzigen Richtung strömen kann, um die Wirkung einer Rückschlag-Sperrwirkung (anti-reverse) tatsächlich zu erzielen, für den Fachmann weiterer Verbesserungsbedarf.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Einwegventil-Baugruppe bereitzustellen, womit sich insbesondere definiert eine vorgegebene Strömungsrichtung und eine effiziente Rückschlag-Sperrwirkung in einfacher Weise realisieren lassen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einwegventil-Baugruppe mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Eine Einwegventil-Baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine definiert vorgegebene Strömungsrichtung, eine effiziente Rückschlag-Sperrwirkung und eine gute Ausstoß-Effizienz in einfacher Weise realisieren.
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Die Erfindung stellt eine Einwegventil-Baugruppe mit einer Basis, einer Abdeckung bzw. einem Deckel und einem Ventilelement bereit. Die Basis umfasst eine Basis-Innenfläche, eine erste untere Ausnehmung und eine zweite untere Ausnehmung, die in der Basis-Innenfläche ausgespart sind, sowie einen Einlass, der über die erste untere Ausnehmung verbunden ist. Die Abdeckung weist eine Abdeckungs-Innenseite, eine erste obere Ausnehmung, eine zweite obere Ausnehmung und einen Verbindungskanal, die in der Abdeckungs-Innenseite ausgespart sind, einen Auslass und eine Ausstoßdüse auf, die in der ersten oberen Ausnehmung vorgesehen sind. Die erste obere Ausnehmung bzw. die zweite obere Ausnehmung ist jeweils korrespondierend zu der ersten unteren Ausnehmung bzw. der zweiten unteren Ausnehmung angeordnet. Die erste obere Ausnehmung ist mit der zweiten oberen Ausnehmung über den Verbindungskanal verbunden. Der Auslass ist über die zweite obere Ausnehmung verbunden. Das Ventilelement ist zwischen der Basis und der Abdeckung angeordnet. Das Ventilelement weist eine erste Zone, eine zweite Zone und eine dritte Zone auf, die korrespondierend zu der ersten oberen Ausnehmung, der zweiten oberen Ausnehmung bzw. dem Verbindungskanal zugeordnet sind, und weist weiterhin eine Ventildüse auf, die sich zwischen der zweiten unteren Ausnehmung und der zweiten oberen Ausnehmung befindet. Die erste Zone ist geeignet ausgelegt, um sich in Richtung der ersten unteren Ausnehmung oder der ersten oberen Ausnehmung verformen zu können. Die zweite Zone ist geeignet ausgelegt, um sich in Richtung der zweiten unteren Ausnehmung oder der zweiten oberen Ausnehmung verformen zu können. Die dritte Zone ist geeignet ausgelegt, um sich in Richtung des Verbindungskanals verformen zu können. In einem Ausgangszustand ist das Ventilelement geeignet ausgelegt bzw. so angeordnet, um die erste untere Ausnehmung und die zweite untere Ausnehmung abzudichten. Nachdem ein Gas über den Einlass in die erste untere Ausnehmung eingetreten ist, wird die erste Zone des Ventilelements durch das Gas vorgeschoben, um sich in Richtung der ersten oberen Ausnehmung zu verformen, um an der Ausstoßdüse anzuliegen; anschließend wird die dritte Zone des Ventilelements durch das Gas vorgeschoben, um sich in Richtung des Verbindungskanals zu verformen, und dann wird die zweite Zone des Ventilelements durch das Gas vorgeschoben, um sich in Richtung der zweiten oberen Ausnehmung zu verformen. Das Gas strömt sequentiell aus dem ersten unteren Hohlraum durch den zweiten unteren Hohlraum, die Ventildüse und die zweite obere Ausnehmung und wird dann aus dem Auslass ausgestoßen. In einem Auslasszustand bzw. Ausstoßzustand wird das Ventilelement in eine Ausgangsstellung zurückgestellt, um einen verbundenen Zustand zwischen der ersten unteren Ausnehmung und der zweiten unteren Ausnehmung und einen verbundenen Zustand zwischen der zweiten unteren Ausnehmung und der zweiten oberen Ausnehmung zu beenden. Die erste Zone des Ventilelements kehrt in eine Ausgangsstellung zurück, um ein Ausstoßdüsen-Durchgangsloch zu öffnen. Das Gas, das sich zwischen der Abdeckung und dem Ventilelement befindet, verlässt die Einwegventil-Baugruppe automatisch über die Ausstoßdüse.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der zweiten oberen Ausnehmung Wo, beträgt eine maximale Breite der ersten oberen Ausnehmung D, und gilt: 0,03 ≦ Wo/D ≦ 1.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der ersten oberen Ausnehmung Wi, beträgt eine Breite einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der zweiten oberen Ausnehmung Wo, und gilt: Wi ≥ Wo.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nimmt eine Breite des Verbindungskanals allmählich ab oder ändert sich die Breite von einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der ersten oberen Ausnehmung zu einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und der zweiten oberen Ausnehmung nicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Ventildüse in der zweiten Zone des Ventilelements vorgesehen und steht diese in Richtung der zweiten unteren Ausnehmung vor, wobei eine Tiefe der zweiten oberen Ausnehmung größer ist als ein Überstand der Ventildüse, wobei der Überstand der Ventildüse größer ist als eine Tiefe der zweiten unteren Ausnehmung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abdeckung ferner eine Nut, die an der zweiten oberen Ausnehmung ausgespart ist, wobei die Nut über den Auslass verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich der Einlass und der Auslass entlang einer gleichen Richtung oder in unterschiedliche Richtungen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Ventildüse und der Auslass kollinear oder nicht kollinear.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Abdeckung luftdicht an der Basis befestigt.
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Das Design einer Einwegventil-Baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die erste obere Ausnehmung der Abdeckung korrespondierend zu der ersten unteren Ausnehmung der Basis angeordnet ist und die zweite obere Ausnehmung der Abdeckung korrespondierend zu der zweiten unteren Ausnehmung der Basis angeordnet ist, wobei das Ventilelement zwischen der Basis und der Abdeckung angeordnet ist, wobei die erste Zone, die zweite Zone und die dritte Zone des Ventilelements geeignet ausgelegt sind, um sich zu der ersten oberen Ausnehmung, zu der zweiten oberen Ausnehmung bzw. zu dem Verbindungskanal hin zu verformen, wobei die Ausstoßdüse in der ersten oberen Ausnehmung angeordnet ist und die Ventildüse der zweiten Zone an der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung anliegt. Nachdem das Gas über den Einlass in die erste untere Ausnehmung eingetreten ist und sich dort ein bestimmter Druck aufgebaut hat, wird somit die erste Zone des Ventilelements vorgeschoben, um sich in Richtung der ersten oberen Ausnehmung hin zu verformen, sodass diese an der Ausstoßdüse anliegt. Dann wird die dritte Zone des Ventilelements vorgeschoben, um sich in Richtung des Verbindungskanals zu verformen. Danach wird die zweite Zone des Ventilelements vorgeschoben, so dass die Ventildüse sich von der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung löst. Das Gas strömt durch die zweite untere Ausnehmung, die Ventildüse und die zweite obere Ausnehmung sequentiell und wird dann aus dem Auslass ausgestoßen. Mit anderen Worten: bei dem Prozess, bei dem das Gas aus der ersten unteren Ausnehmung zu der zweiten unteren Ausnehmung strömt, wird sich die erste Zone des Ventilelements so verformen, dass diese an der Ausstoßdüse anliegt. Wenn das Gas genügend Druck aufgebaut hat, kann sich die dritte Zone des Ventilelements verformen. Dann strömt das Gas in die zweite untere Ausnehmung, um erneut dafür zu sorgen, dass die erste Zone dicht an der Ausstoßdüse anliegt, um anschließend den Ausstoß von Gas aus der Ausstoßdüse in dem Gas-Ausstoßschritt danach zu vermeiden. In vergleichbarer Weise wird in dem Prozess, bei dem das Gas aus der zweiten unteren Ausnehmung in die zweite obere Ausnehmung strömt, ebenfalls ein ausreichender Druck benötigt, damit sich auch die zweite Zone des Ventilelements verformt. Somit können die dritte Zone und die zweite Zone des Ventilelementes eine Wirkung ähnlich zu einem Doppelventil-Element erzielen. Die Verformung der dritten Zone kann wiederum dazu verwendet werden um dafür zu sorgen, dass die Ausstoßdüse unmittelbar und fest durch die erste Zone betätigt wird und dadurch bewirkt wird, dass die Gasströmung von der ersten unteren Ausnehmung zu der zweiten unteren Ausnehmung strömt. Die Verformung der zweiten Zone kann bewirken, dass der Gasstrom aus der zweiten unteren Ausnehmung in die zweite obere Ausnehmung Ausnehmung strömt. Nachdem der Einlass aufgehört hat Luft anzusaugen, wird außerdem das Ventilelement zurückgestellt. Die wieder in den Ausgangszustand zurückgekehrte zweite Zone kann verhindern, dass das Gas aus der zweiten oberen Ausnehmung zurück in die zweite untere Ausnehmung strömt, und die in den Ausgangszustand zurückgekehrte dritte Zone kann verhindern, dass das Gas aus der zweiten unteren Ausnehmung zurück in die erste untere Ausnehmung strömt, wodurch der Effekt einer doppelten bzw. redundanten Rückschlagsicherung (double anti-reverse) erzielt wird. Auch die in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt erste Zone kann das Ausstoßdüsen-Durchgangsloch öffnen, und somit kann das Gas, das sich zwischen der Abdeckung und dem Ventilelement befindet, automatisch über die Ausstoßdüse ausgestoßen werden.
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Um die vorgenannten Merkmale und Vorteile der Offenbarung verständlicher zu machen, werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben.
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FIGURENÜBERSICHT
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Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und sind Bestandteil dieser Beschreibung und bilden einen Teil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
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1 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Einwegventil-Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 und 3 sind schematische Ansichten der Einwegventil-Baugruppe gemäß 1 aus unterschiedlichen Blickwinkeln;
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4 und 5 sind schematische Ansichten einer Basis und einer Abdeckung der Einwegventil-Baugruppe nach 1;
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6 ist eine schematische dreidimensionale Darstellung des Inneren der Einwegventil-Baugruppe nach 1;
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7 bis 10 sind schematische Schnittansichten von verschiedenen Betriebszuständen während des Betreibens der Einwegventil-Baugruppe nach 1; und
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11 ist eine schematische Schnittansicht einer Einwegventil-Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder gleichwirkende Elemente bzw. Elementgruppen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezielle Details dargelegt, um für ein gründliches Verständnis der offenbarten Ausführungsformen zu sorgen. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass eine oder mehrere Ausführungsformen ohne diese speziellen Details realisiert werden können. In anderen Fällen sind zur Vereinfachung der Figuren wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen nur schematisch dargestellt.
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1 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Einwegventil-Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in der 1 gezeigt, kann eine Einwegventil-Baugruppe 100 gemäß dieser Ausführungsform mit einer Pumpe verbunden sein (beispielsweise eine piezoelektrische Pumpe oder eine Beule bzw. Materialverformung mit der Wirkung eines Gasausstoßes (nicht gezeigt)). Das von der Beule ausgestoßene Fluid kann sich nach Eintritt in die Einwegventil-Baugruppe 100 nur entlang einer einzigen Richtung bewegen und ausgestoßen werden. Die Einwegventil-Baugruppe 100 ist effizient, um einen Rückschlag zu verhindern, und kann das Fluid effizient ausstoßen bzw. pumpen. Dies wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
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Die 2 und 3 sind schematische Explosionsansichten der Einwegventil-Baugruppe nach der 1 aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die 4 und 5 sind schematische Ansichten einer Basis und einer Abdeckung der Einwegventil-Baugruppe nach 1. Bezugnehmend auf die 1 bis 5, weist die Einwegventil-Baugruppe 100 nach dieser Ausführungsform eine Basis 110, eine Abdeckung 120 und ein Ventilelement 130 auf, das zwischen der Basis 110 und der Abdeckung 120 angeordnet ist. Wie in den 2 und 4 gezeigt, weist die Basis 110 eine Basis-Innenfläche 112, eine erste untere Ausnehmung 114, die an der Basis-Innenfläche 112 ausgespart ist, eine zweite untere Ausnehmung 116, die an der Basis-Innenfläche 112 ausgespart ist, und einem Einlass 118 auf, der über die erste untere Ausnehmung 114 angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlass 118 der Basis 110 ein einzelner Einlass, der sich durch die Basis 110 hindurch erstreckt und mit der ersten unteren Ausnehmung 114 verbunden ist.
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Wie in den 3 und 5 gezeigt, weist die Abdeckung 120 eine Abdeckungs-Innenfläche 121, eine erste obere Ausnehmung 122, eine zweite obere Ausnehmung 123, einen Verbindungskanal 124, eine Ausstoßdüse 126 und einen Auslass 125 auf. Die erste obere Ausnehmung 122, die zweite obere Ausnehmung 123 und der Verbindungskanal 124 sind an der Innenfläche der Abdeckung 121 ausgespart. Bei dieser Ausführungsform ist die erste obere Ausnehmung 122 der Abdeckung 120 an einer Position korrespondierend zu der Position der ersten unteren Ausnehmung 114 des Unterteils 110 angeordnet, und ist die zweite obere Ausnehmung 123 der Abdeckung 120 an einer Position korrespondierend zu der Position der zweiten unteren Ausnehmung 116 des Unterteils 110 angeordnet. Der Verbindungskanal 124 befindet sich zwischen der ersten oberen Ausnehmung 122 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 und die erste obere Ausnehmung 122 ist über den Verbindungskanal 124 mit der zweiten oberen Ausnehmung 123 verbunden. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Auslass 125 an einer Position nahe der Mitte der Abdeckung 120, und zwar in der Nähe des Verbindungskanals 124, und der Auslass 125 ist über die zweite obere Ausnehmung 123 verbunden. Die Ausstoßdüse 126 ist in der ersten oberen Ausnehmung 122 vorgesehen und steht von einer Oberseite der ersten oberen Ausnehmung 122 in Richtung nach unten ab. Die Ausstoßdüse 126 weist ein Ausstoßdüsen-Durchgangsloch 128 auf, das die Abdeckung 120 durchdringt.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Material des Ventilelements 130 flexibel, wie in der Art eines Gummis, eines Silikonteils oder einer Polymerverbindung. Das Ventilelement 130 weist eine erste Zone 132, eine zweite Zone 134 und eine dritte Zone 136 auf, die jeweils an Positionen korrespondierend zu der ersten oberen Ausnehmung 122, der zweiten oberen Ausnehmung 123 und dem Verbindungskanal 124 vorgesehen sind, und dieses umfasst eine Ventildüse 138, die sich zwischen der zweiten unteren Ausnehmung 116 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 befindet. Weil bei dieser Ausführungsform die erste untere Ausnehmung 114 der Basis 110 bzw. die erste obere Ausnehmung 122 der Abdeckung 120 jeweils unterhalb bzw. oberhalb der ersten Zone 132 des Ventilelements 130 angeordnet ist, stellen die erste untere Ausnehmung 114 der Basis 110 und die erste obere Ausnehmung 122 der Abdeckung 120 einen Raum bereit, der ausreichend groß bemessen ist, um eine Verformung der ersten Zone 132 des Ventilelements 130 zuzulassen. Das heißt, die erste Zone 132 des Ventilelements 130 kann sich in Richtung der ersten unteren Ausnehmung 114 oder der ersten oberen Ausnehmung 122 verformen. In entsprechender Weise ist die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 geeignet dimensioniert und angeordnet, sodass sich diese in Richtung der zweiten unteren Ausnehmung 116 oder der zweiten oberen Ausnehmung 123 verformen kann. Weiterhin ist die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 geeignet dimensioniert und angeordnet, sodass sich diese in Richtung des Verbindungskanals 124 hin verformen kann.
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Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform 138 die Ventildüse 138 in der zweiten Zone 134 des Ventilelements 130 angeordnet und diese ragt von einer Unterseite des Ventilelements 130 in Richtung der zweiten unteren Ausnehmung 116 ab. Die 6 ist eine schematische dreidimensionale Ansicht des Innenraums der Einwegventil-Baugruppe nach 1. Wie in der 6 gezeigt, ist bei dieser Ausführungsform eine Höhe bzw. Distanz (nachfolgend auch als Überstandshöhe bezeichnet), um die die Ventildüse 138 vorsteht, größer als eine Tiefe der zweiten unteren Ausnehmung 116. Wenn sich das Ventilelement 130 in einem Ausgangszustand befindet, wird die Ventildüse 138 an einer Bodenfläche der darunter befindlichen zweiten unteren Ausnehmung 116 anliegen. Die Tiefe der zweiten oberen Ausnehmung 123 ist größer als die Überstandshöhe der Ventildüse 138. Wenn die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 nach oben hin verformt wird, stellt die zweite obere Ausnehmung 123 ausreichend Raum für die Ventildüse 138 zur Verfügung, so dass die Ventildüse 138 nicht an der Bodenfläche der darunter befindlichen zweiten unteren Ausnehmung 116 anliegen bzw. anstoßen wird. Die Ventildüse 138 weist ein Ventildüsen-Durchgangsloch 139 auf, so dass ein Gas, das sich in der zweiten unteren Ausnehmung 116 befindet, in geeigneter Weise aus dem Ventildüsen-Durchgangsloch 139 der Ventildüse 138 zu der zweiten oberen Ausnehmung 123 hin strömen kann.
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Die 7 bis 10 sind schematische Schnittansichten, die unterschiedliche Betriebszustände der Einwegventil-Baugruppe nach 1 zeigen. Bezugnehmend auf die 7, liegt, wenn sich das Ventilelement 130 in einem Ausgangszustand befindet, die Unterseite des Ventilelements 130 an der Basis-Innenfläche 112 fest an, so dass die erste Zone 132 bzw. die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 jeweils die erste untere Ausnehmung 114 bzw. die zweite untere Vertiefung 116 abdeckt und versperrt. In diesem Betriebszustand ist ein unabhängiger Kammer-Körper zwischen der ersten Zone 132 des Ventilkörpers 130 und der ersten unteren Ausnehmung 114 ausgebildet und ist ein unabhängiger Kammer-Körper auch zwischen der zweiten Zone 134 des Ventilkörpers 130 und der zweiten unteren Ausnehmung 116 ausgebildet. Das heißt, in diesem Betriebszustand ist die erste untere Ausnehmung 114 nicht mit der zweiten unteren Ausnehmung 116 verbunden. Außerdem liegt eine obere Fläche des Ventilelements 130 fest an der Innenseite der Abdeckung 121 an. Ein weiterer Kammer-Körper ist jeweils zwischen der ersten oberen Ausnehmung 122, der zweiten oberen Ausnehmung 123 bzw. dem Verbindungskanal 124 (die jeweils an der Abdeckungs-Innenseite 121 ausgespart sind) und dem Ventilelement 130 ausgebildet.
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Wie in der 8 gezeigt ist, kann ein Gas in geeigneter Weise von dem Einlass 118 der Basis 110 zu der ersten unteren Ausnehmung 114 weitergeleitet werden. Wenn eine größere Gasmenge zu der ersten unteren Ausnehmung 114 weitergeleitet wird, liegt in der ersten unteren Ausnehmung 114 ein höherer Gasdruck vor. Dann wird die erste Zone 132 des Ventilelementes 130 nach oben gedrückt, um sich in Richtung der ersten oberen Ausnehmung 122 zu verformen und an der Ausstoßdüse 126 anzuliegen, sodass das Gas in einem anschließenden Ausstoßschritt nicht mehr aus dem Ausstoßdüsen-Durchgangsloch 128 der Ausstoßdüse 126 ausgestoßen wird. Weil sich der Verbindungskanal 124 der Abdeckung 120 in unmittelbarer Nähe zu der ersten oberen Ausnehmung 122 befindet und in ähnlicher Weise an der Abdeckungs-Innenseite 121 ausgespart ist, stellt der Verbindungskanal 124 der Abdeckung nach der Verformung der ersten Zone 132 des Ventilelements 130 einen ausreichend groß dimensionierten Raum für eine Verformung der dritten Zone 136 des Ventilelements 130 bereit. Wenn der Gasdruck in der ersten unteren Ausnehmung 114 ansteigt, wird die dritte Zone 136 des Ventilelementes 130 somit nach oben gedrückt und verformt sich diese in Richtung des Verbindungskanals 124. In diesem Betriebszustand sind die erste untere Ausnehmung 114 und die zweite untere Ausnehmung 116 dazwischen nicht länger gesperrt, sodass das Gas aus der ersten unteren Ausnehmung 114 in die zweite untere Ausnehmung 116 gelangen kann. Weil der Gasdruck in der zweiten unteren Ausnehmung 116 nicht ausreichend groß ist, um die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 zu verformen, liegt in diesem Betriebszustand die Ventildüse 138 des Ventilelements 130 weiterhin an der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung 116 an.
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Es sei angemerkt, dass, wie aus der 5 entnehmbar ist, bei dieser Ausführungsform die Form der ersten oberen Ausnehmung 122 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 der Abdeckung 120 kreisförmig oder nahezu kreisförmig ist. Die Breite der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 beträgt Wo. Die maximale Breite (das heißt, der Durchmesser) der ersten oberen Ausnehmung 122 beträgt D. Für das Verhältnis Wo/D der Breite Wo der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 zu der maximalen Breite D der ersten oberen Ausnehmung 122 gilt: 0,03 ≦ Wo/D ≦ 1. Dieser Verhältnisbereich ist so bemessen, dass sich die erste Zone 132 und die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 in zwei Stufen bzw. Schritten verformen können. Genauer gesagt, weil die erste obere Ausnehmung 122 breiter ist, kann sich die erste Zone 132 des Ventilelements 130 leichter in Richtung der ersten oberen Ausnehmung 122 verformen. Der Verbindungskanal 124 ist weniger breit, so dass ein größerer Druck erforderlich ist, damit sich die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 in Richtung des Verbindungskanals 124 verformen kann. Somit kann durch geeignete Wahl des Bereichs der Breite eine zweistufige Verformung erreicht werden, bei der sich die erste Zone 132 des Ventilelements 130 zuerst verformt und sich anschließend die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 verformt. Die Bedeutung der Merkmals, wonach sich die erste Zone 132 und die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 stufenweise bzw. nacheinander verformen, liegt insbesondere darin, dass, obwohl die Ausstoßdüse 126 an der ersten Zone 132 des Ventilelements 130 anliegen kann, sich diese in der ersten Phase verformen kann, wobei die Tatsache, dass die dritte Zone 136 einen höheren Druck zu ihrer Verformung benötigt, sicherstellen kann, dass das Ventilelement 130 einem höheren Druck ausgesetzt ist, wenn sich diese in der zweiten Phase verformt. Somit wird in der Phase der Verformung die erste Zone 132 fest an der Ausstoßdüse 126 anliegen. Dies soll wiederum gewährleisten, dass die Ausstoßdüse 126 sich in einem Zustand befindet, in dem ein Entweichen von Fluid verhindert ist. Selbstverständlich ist die Form der ersten oberen Ausnehmung 122 und des Verbindungskanals 124 der Abdeckung 120 nicht auf die konkrete Offenbarung der 5 beschränkt.
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Zusätzlich beträgt bei dieser Ausführungsform die Breite einer Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der ersten oberen Ausnehmung 122 Wi. Die Breite Wi der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der ersten oberen Ausnehmung 122 ist größer als die Breite Wo der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der zweiten oberen Ausnehmung 123. Das heißt, es gilt: Wi > Wo. Die Breite des Verbindungskanals 124 nimmt auch von der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der ersten oberen Ausnehmung 122 zu der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 allmählich ab. Bei weiteren Ausführungsformen kann jedoch die Breite Wi der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der ersten oberen Ausnehmung 122 gleich der Breite Wo der Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 124 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 sein. Das heißt, es gilt dann: Wi = Wo. Die Breite des Verbindungskanals 124 kann auch zwischen der Verbindung der ersten oberen Ausnehmung 122 und der Verbindung der zweiten oberen Ausnehmung 123 unverändert bzw. konstant sein. Das heißt, der gesamte Verbindungskanal 124 kann auch die gleiche Breite haben. Weiter braucht bei weiteren Ausführungsformen die Form der ersten oberen Ausnehmung 122 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 der Abdeckung 120 nicht kreisförmig sein, solange ein Verbindungskanal 124 mit einer geringeren Breite zwischen der der ersten oberen Ausnehmung 122 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 vorhanden ist, die die zweistufige Verformung für das Ventilelement 130 bereitstellt.
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Wie in der 9 gezeigt, wird die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 nach oben gedrückt, wenn der Einlass 118 weiterhin Luft ansaugt und der Luftdruck zwischen der zweiten unteren Ausnehmung 116 und der zweiten Zone 134 des Ventilelements 130 ausreichend groß ist. Die Ventildüse 138 des Ventilelements 130 wird sich dann von der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung 116 lösen. In diesem Betriebszustand wird das Gas, das sich in der zweiten unteren Ausnehmung 116 befindet, durch die Ventildüsen-Durchgangsbohrung 139 der Ventildüse 138 in die zweite obere Ausnehmung 123 fließen.
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Dann kann das Gas von der zweiten oberen Ausnehmung 123 hin zu dem Auslass 125 strömen, um ausgestoßen zu werden.
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Um bei diesem Ausführungsbeispiel zu verhindern, dass die zweite Zone 134 des Ventilelements 130 bei der Verformung an der oberen Fläche der zweiten oberen Ausnehmung 123 anliegt, was dazu führen könnte, dass Gas nicht aus dem Auslass 125 ausströmen kann, weist die Abdeckung 120 zusätzlich eine Nut 127 auf, die an der zweiten oberen Ausnehmung 123 ausgespart ist. Die Nut 127 ist mit dem Auslass 125 verbunden. Die Tiefe der Nut 127 ist größer als die Tiefe der zweiten oberen Ausnehmung 123. Selbst wenn die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 an der oberen Fläche der zweiten oberen Ausnehmung 123 anliegt, kann das Gas dann auch weiterhin aus der Nut 127 zu dem Auslass 125 hin strömen und dann die Einwegventil-Baugruppe 100 verlassen. Bei dieser Ausführungsform ist die Tiefe des Verbindungskanals 124 und die Tiefe der ersten oberen Ausnehmung 122 gleich der Tiefe der Nut 127, wobei die Tiefe der zweiten oberen Ausnehmung 123 kleiner ist als die Tiefe der Nut 127.
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Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl sich der Auslass 125 in der Mitte der Abdeckung 120 vorgesehen ist und über den Verbindungskanal 124 verbunden ist, bei dieser Ausführungsform die Ventildüse 138 und der Auslass 125 nicht kollinear angeordnet sind. Die Nut 127 wird benötigt, um das Gas zum Auslass 125 hin zu leiten. Bei anderen Ausführungsformen können die Ventildüse 138 und der Auslass 125 jedoch auch kollinear angeordnet sein. Das heißt, dass der Auslass 125 dann direkt über der Ventildüse 138 angeordnet ist. Daher kann dann die Nut 127 in der zweiten oberen Ausnehmung 123 auch weggelassen werden und dann kann auch die Tiefe der zweiten oberen Ausnehmung 123 gleich der Tiefe der ersten oberen Ausnehmung 122 und des Verbindungskanals 124 sein.
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Weil sich die erste Zone 132 des Ventilelementes 130 zu Beginn des Prozesses zum Ansaugen von Luft über den Lufteinlass 118 nach oben bewegt, um an der Ausstoßdüse 118 anzuliegen, wird das Gas nicht von der Ausstoßdüse 118 ausgestoßen, wenn dieses in den Raum zwischen der Abdeckung 120 und dem Ventilelement 130 strömt. Das Gas kann nur aus dem Auslass 125 austreten. Der Auslass 125 kann über einen geschlossenen Kammerkörper (nicht dargestellt), der aufgeblasen werden kann, verbunden sein, um das Gas auszustoßen. Natürlich gibt es keinerlei Beschränkungen, mit was der Auslass 125 verbunden sein kann. Weil in der Einwegventil-Baugruppe 100 nur eine einzige Strömungsrichtung des Gases möglich ist und festgelegt ist, kann die Einwegventil-Baugruppe 100 eine gute Gasaustrittseffizienz haben.
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Wenn die Einwegventil-Baugruppe 100 nach dieser Ausführungsform Luft ausstoßen soll, kann, wie in der 10 gezeigt, zu diesem Zeitpunkt das Gas außerdem nicht mehr weiter über den Einlass 118 einströmen, und das Ventilelement 130 kehrt zurück in eine Ausgangsstellung. Bei dieser Ausführungsform der Einwegventil-Baugruppe 100 kann in dieser Reihenfolge zuerst die dritte Zone 136, dann die zweite Zone 134 und schließlich die erste Zone 132 des Ventilelements 130 in die Ausgangsstellung zurückkehren. Nachdem das Ventilelement 130 in die Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, wird die dritte Zone 136 des Ventilelements 130 an der Basis-Innenfläche 112 anliegen, um den Verbindungszustand zwischen der ersten unteren Ausnehmung 114 und der zweiten unteren Ausnehmung 116 zu sperren. Die Ventildüse 138 des Ventilelements 130 wird dann an der zweiten unteren Ausnehmung 116 anliegen, um dem Verbindungszustand zwischen der zweiten unteren Ausnehmung 116 und der zweiten oberen Ausnehmung 123 wieder zu verschließen bzw. zu sperren, sodass das Gas nicht zurückströmen kann, um so für eine doppelte bzw. redundante Rückströmsperre zu sorgen.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Höhe der Ausstoßdüse 126 geringfügig kleiner als die Tiefe der ersten oberen Ausnehmung 122. Solange die erste Zone 132 des Ventilelements 130 zu einem flachen bzw. nicht-verformten Ausgangszustand zurückkehrt, wird die erste Zone 132 des Ventilelements 130 nicht an der Ausstoßdüse 126 anliegen, so dass das Gas aus der Ausstoßdüse über das Loch 128 der Ausstoßdüse 126 ausgestoßen werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Ausführungsform der Auslass 125 mit dem geschlossenen Kammer-Körper verbunden ist und Gas an diesen abgeben wird. Wenn die Einwegventil-Baugruppe 100 nicht länger Luft ansaugt und das Ventilelement 130 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, ist der Gasdruck in dem geschlossenen Kammer-Körper höher als der Gasdruck in dem Kammer-Körper zwischen der Abdeckung 110 und dem Ventilelement 130. Mit anderen Worten wird das Gas, das sich zwischen der Abdeckung 110 und dem Ventilelement 130 befindet, nicht aus dem Auslass 125 austreten, sondern wird dieses von der Ausstoßdüse über das Loch 128 der Ausstoßdüse 126 ausgestoßen. Das Gas in dem geschlossenen Kammer-Körper strömt über den Auslass 125 in den Kammer-Körper zwischen der Abdeckung 110 und dem Ventilelement 130 und tritt dann über das Ausstoßdüsen-Durchgangsloch 128 der Ausstoßdüse 126 aus.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann die Höhe der Ausstoßdüse 126 auch beinahe der Tiefe der ersten oberen Ausnehmung 122 entsprechen. Weil das Gas in einem solchen Zustand dann nicht mehr über den Einlass 118 eintreten kann, kann der Gasdruck zwischen der Abdeckung 120 und dem Ventilelement 130 etwas höher sein als der Gasdruck zwischen der Basis 110 und dem Ventilelement 130. Somit verformt sich die erste Zone 132 des Ventilelements 130 nach unten (d.h. in Richtung der ersten unteren Ausnehmung 114) und die erste Zone 132 des Ventilelements 130 liegt dann nicht an der Ausstoßdüse 126 an. Das zwischen der Abdeckung 110 und dem Ventilelement 130 befindliche Gas kann aus der Ausstoßdüsen-Durchgangsbohrung 128 der Ausstoßdüse 126 automatisch ausgestoßen werden.
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Weil der Einlass 118 der Einwegventil-Baugruppe 100 mit dem Höcker bzw. der Beule verbunden sein kann, die Luft ausstoßen kann, kann die Ausbeulung ihrerseits Luft ausstoßen, wenn die Ausbeulung nicht länger Gas für den Einlass 118 der Einwegventil-Baugruppe 100 zur Verfügung stellt. Mit anderen Worten, in diesem Betriebszustand ist der durch die Ausbeulung ausgeübte Druck geringer als der Gasdruck der ersten unteren Ausnehmung 114 der Einwegventil-Baugruppe 100. Das Gas, das sich ursprünglich bei der ersten unteren Ausnehmung 114 befunden hat, wird aus dem Einlass 118 ausströmen und es kommt zu einer Druckentlastung. Wenn der Gasdruck in der ersten unteren Ausnehmung 114 verringert wird, ist der Druck in der ersten oberen Ausnehmung 122 höher als der Druck in der ersten unteren Ausnehmung 114. Die erste Zone 132 des Ventilelements 130 wird sich dann in Richtung der ersten unteren Ausnehmung 114 verformen, sodass der Raum zwischen der ersten Zone 132 des Ventilelements 130 und der Ausstoßdüse 126 größer wird. Somit wird das Gas, das sich zwischen der Abdeckung 110 und dem Ventilelement 130 befindet, rascher bzw. mit höherem Druck aus dem Ausstoßdüsen-Durchgangsloch 128 der Ausstoßdüse 126 ausgestoßen werden, also mit einer höheren Luftaustrittsrate.
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Zusätzlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Abdeckung 120 an der Basis 110 in einer luftdichten Weise befestigt (es kann also eine abdichtende Wirkung ausgeübt werden), und der Übergang zwischen der Abdeckung 120 und Basis 110 ist luftdicht. Somit kann das Fluid nur über den Einlass 118 der Einwegventil-Baugruppe 100 einströmen und über den Auslass 125 der Einwegventil-Baugruppe 100 wieder ausströmen, und dieses kann nur über das Ausstoßdüsen-Durchgangsloch 128 der Ausstoßdüse 126 austreten. Das Verfahren zur Befestigung der Abdeckung 120 an der Basis 110 kann beispielsweise chemischen Schweißen, thermisches Schweißen, Ultraschallschweißen, eine kolloidale Klebeverbindung oder eine Kombination aus einem Dichtungsring und einer Schraubverbindung oder einem Befestigungselement sein.
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Die 11 ist eine schematische Schnittansicht einer Einwegventil-Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Ausführungsform die gleichen oder entsprechenden Bauelemente wie bei der vorherigen Ausführungsform mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal wiederholt werden. Es werden nachfolgend nur die Hauptunterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen näher erläutert.
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Wie in der 11 gezeigt ist, besteht der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform und der vorherigen Ausführungsform darin, dass bei der vorherigen Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, der Einlass 118 und der Auslass 125 sich in der gleichen Richtung erstrecken (das heißt in der Figur in Aufwärts- und Abwärtsrichtung). Bei einer Einwegventil-Baugruppe 100a nach dieser Ausführungsform erstrecken sich der Einlass 118 und der Auslass 125a dagegen entlang von unterschiedlichen Richtungen. Genauer gesagt, ist die Einwegventil-Baugruppe 100a nach dieser Ausführungsform eine Einwegventil-Baugruppe mit einem seitlichen Auslass. Der Einlass 118 der Einwegventil-Baugruppe 100a befindet sich am Boden (und erstreckt sich in der Figur entlang der Aufwärts- und Abwärtsrichtung), und der Auslass 125a befindet sich an einer Seitenfläche (und erstreckt sich entlang der Richtung von links nach rechts in der Figur).
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Zusammenfassend ist das Design der Einwegventil-Baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die erste obere Ausnehmung bzw. die zweite obere Ausnehmung der Abdeckung jeweils korrespondierend zu der ersten unteren Ausnehmung bzw. der zweiten unteren Ausnehmung angeordnet ist, wobei das Ventilelement zwischen der Basis und der Abdeckung angeordnet ist, wobei die erste Zone, die zweite Zone bzw. die dritte Zone des Ventilelements jeweils geeignet ausgelegt ist, um sich zu der ersten oberen Ausnehmung, zu der zweiten oberen Ausnehmung bzw. zu dem Verbindungskanal hin zu verformen, und wobei die Ausstoßdüse in der ersten oberen Ausnehmung angeordnet ist und die Ventildüse der zweiten Zone an der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung anliegt. Nachdem das Gas über den Einlass in die erste untere Ausnehmung eingetreten ist und sich dort ein bestimmter Druck aufgebaut hat, wird somit die erste Zone des Ventilelements vorgeschoben, um sich in Richtung der ersten oberen Ausnehmung hin zu verformen, sodass diese an der Ausstoßdüse anliegt. Dann wird die dritte Zone des Ventilelements vorgeschoben, um sich in Richtung des Verbindungskanals zu verformen. Danach wird die zweite Zone des Ventilelements vorgeschoben, so dass die Ventildüse sich von der Bodenfläche der zweiten unteren Ausnehmung löst. Das Gas strömt durch die zweite untere Ausnehmung, die Ventildüse und die zweite obere Ausnehmung sequentiell und wird dann aus dem Auslass ausgestoßen. Mit anderen Worten: bei dem Prozess, bei dem das Gas aus der ersten unteren Ausnehmung zu der zweiten unteren Ausnehmung strömt, wird sich die erste Zone des Ventilelements so verformen, dass diese an der Ausstoßdüse anliegt. Wenn das Gas genügend Druck aufgebaut hat, kann sich die dritte Zone des Ventilelements verformen. Dann strömt das Gas in die zweite untere Ausnehmung, um erneut dafür zu sorgen, dass die erste Zone dicht an der Ausstoßdüse anliegt, um anschließend den Ausstoß von Gas aus der Ausstoßdüse in dem Gas-Ausstoßschritt danach zu vermeiden. In vergleichbarer Weise wird in dem Prozess, bei dem das Gas aus der zweiten unteren Ausnehmung in die zweite obere Ausnehmung strömt, ebenfalls ein ausreichender Druck benötigt, damit sich auch die zweite Zone des Ventilelements verformt. Somit können die dritte Zone und die zweite Zone des Ventilelementes eine Wirkung ähnlich zu einem Doppelventil-Element erzielen. Die Verformung der dritten Zone kann wiederum dazu verwendet werden um dafür zu sorgen, dass die Ausstoßdüse unmittelbar und fest durch die erste Zone betätigt wird und dadurch bewirkt wird, dass die Gasströmung von der ersten unteren Ausnehmung zu der zweiten unteren Ausnehmung strömt. Die Verformung der zweiten Zone kann bewirken, dass der Gasstrom aus der zweiten unteren Ausnehmung in die zweite obere Ausnehmung Ausnehmung strömt. Nachdem der Einlass aufgehört hat Luft anzusaugen, wird außerdem das Ventilelement zurückgestellt. Die wieder in den Ausgangszustand zurückgekehrte zweite Zone kann verhindern, dass das Gas aus der zweiten oberen Ausnehmung zurück in die zweite untere Ausnehmung strömt, und die in den Ausgangszustand zurückgekehrte dritte Zone kann verhindern, dass das Gas aus der zweiten unteren Ausnehmung zurück in die erste untere Ausnehmung strömt, wodurch der Effekt einer doppelten bzw. redundanten Rückschlagsicherung (double anti-reverse) erzielt wird. Auch die in ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt erste Zone kann das Ausstoßdüsen-Durchgangsloch öffnen, und somit kann das Gas, das sich zwischen der Abdeckung und dem Ventilelement befindet, automatisch über die Ausstoßdüse ausgestoßen werden.
