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Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms, mit einem Ventilgehäuse, das an einer Außenoberfläche mit einem ersten Fluidanschluss und mit einem zweiten Fluidanschluss versehen ist, mit einem im Ventilgehäuse zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss erstreckten Fluidkanal, in dem Ventilglied aufgenommen ist, das mit einem Schwenkbolzen schwenkbeweglich am Ventilgehäuse zwischen einer Dichtposition und einer Freigabeposition gelagert ist, sowie mit einer Antriebseinrichtung, die für eine Bewegungseinleitung auf eine Oberseite des Ventilglieds ausgebildet ist, wobei das Ventilglied ein gestaltfestes Trägerteil und eine flexible Membran umfasst, die mit einem Dichtbereich an einer der Oberseite entgegengesetzten Unterseite des Trägerteils festgelegt ist und die mit einem umlaufend ausgebildeten Befestigungsbereich randseitig am Ventilgehäuse festgelegt ist, wobei zwischen dem Dichtbereich und dem Befestigungsbereich der flexiblen Membran ein Deformationsbereich der flexiblen Membran ausgebildet ist, wobei der Dichtbereich in der Dichtposition des Ventilglieds für eine abdichtende Anlage an einem gegenüberliegend zur Unterseite des Trägerteils im Fluidkanal ausgebildeten Ventilsitz vorgesehen ist.
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Aus der
DE 698 19 715 T2 ist ein Ventil mit einem Einlass und mindestens zwei Auslässen für ein Fluid wie etwa eine Flüssigkeit oder ein Gas bekannt, wobei jeder der Auslässe mit einem Ventilsitz versehen ist, denen eine Membran zugeordnet, die zur Zusammenwirkung mit den Ventilsitzen eingerichtet ist, wobei die Membran eine Abmessung aufweist, die größer ist als die, die zur Auflage auf jedem der Ventilsitze notwendig ist. Ferner ist eine Betätigungsanordnung zum Betätigen der Membran vorgesehen, so dass die Membran auf den Ventilsitzen zum selektiven Betrieb des Ventils aufliegt. Dabei ist die Membran derart ausgebildet, dass wenn sie mit einem der Ventilsitze in Eingriff steht, von dem anderen der Ventilsitze außer Eingriff steht. Zudem ist eine Aktivierungsanordnung zur Verschiebung der Membran derart vorgesehen, dass ein neuer, zumindest teilweise unbenutzter Abschnitt der Membran dem mit der Membran in Eingriff stehenden Ventilsitz ausgesetzt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung bereitzustellen, die eine große Anzahl von Schaltspielen übersteht.
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Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Deformationsbereich zwischen einer ersten Deformationsebene und einer zweiten Deformationsebene angeordnet ist, wobei die erste Deformationsebene und die zweite Deformationsebene jeweils parallel zu einer vom Schwenkbolzen bestimmten Schwenkachse ausgerichtet sind und einen Deformationsraum begrenzen und dass der Schwenkbolzen zumindest bereichsweise im Deformationsraum aufgenommen ist. Dabei ist der Deformationsbereich der flexiblen Membran derjenige Bereich, der bei einer Schwenkbewegung des Trägerteils zwischen wenigstens einer Dichtposition und wenigstens einer Freigabeposition am stärksten elastisch deformiert wird und hierzu gegebenenfalls im Hinblick auf eine Profilierung und/oder Auswahl einer Materialstärke angepasst ist. Vorzugsweise findet eine Ermittlung der ersten Deformationsebene und der zweiten Deformationsebene in jeweils genau einer Stellung des Ventilglieds, beispielsweise in der wenigstens einen Dichtposition oder der wenigstens einen Freigabeposition oder in einer Zwischenstellung zwischen der Dichtposition und der Freigabeposition statt. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Deformationsebene, die parallel zur Schwenkachse des Trägerteils ausgerichtet ist, derart an einer Oberseite der flexiblen Membran anliegt, dass die flexible Membran nur berührt, jedoch nicht geschnitten wird. In gleicher Weise ist vorgesehen, dass die zweite Deformationsebene, die parallel zur Schwenkachse des Trägerteils ausgerichtet ist, derart an einer der Oberseite der flexiblen Membran abgewandten Unterseite der flexiblen Membran anliegt, so dass die flexible Membran nur berührt, jedoch nicht geschnitten wird. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der flexiblen Membran kann der Fall eintreten, dass die erste Deformationsebene und die zweite Deformationsebene parallel zueinander ausgerichtet sind. In diesem Fall wird eine Oberseite des Deformationsraums von der ersten Deformationsebene begrenzt und eine Unterseite des Deformationsraum des wird von der zweiten Deformationsebene begrenzt. Der Schwenkbolzen kann beispielsweise einstückig am Trägerteil oder am Ventilgehäuse angeformt sein und bildet mit wenigstens einer Lagerausnehmung ein Schwenkgelenk, mit dem die gewünschte Schwenklagerung des Ventilglieds gegenüber dem Ventilgehäuse verwirklicht werden kann. Der Schwenkbolzen bestimmt zusammen mit der wenigstens einen Lagerausnehmung eine Schwenkachse für das Ventilglied. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schwenkbolzen längs der Schwenkachse zumindest abschnittsweise, insbesondere entlang eines zum Eingriff in die Lagerausnehmung vorgesehenen Bolzenabschnitts, eine konstante Profilierung aufweist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass diese konstante Profilierung bei einer Projektion auf eine Projektionsebene, die quer zur Schwenkachse ausgerichtet ist, einen von der ersten Deformationsebene und der zweite Deformationsebene begrenzten Flächenbereich auf der Projektionsebene schneidet. Damit wird die Anforderung erfüllt, dass zumindest dieser Bolzenabschnitt des Schwenkbolzens im Deformationsraum aufgenommen ist.
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Die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind alternative Beschreibungsformen für die Grundidee, die auch der eingangs beschriebenen Ausführungsform zugrundeliegt und zielen übereinstimmend darauf ab, dass bei einer Schwenkbewegung des Trägerteils, bei der der Dichtbereich der flexiblen Membran mit dem Trägerteil mitbewegt wird, während der Befestigungsbereich keine nennenswerte Bewegung durchführt und der Deformationsbereich den größten Anteil an der elastischen Deformation der flexiblen Membran aufweist, eine möglichst geringfügige elastische Deformation der flexiblen Membran erfolgt, wodurch die angestrebte hohe Anzahl an Schaltspielen für die Ventileinrichtung verwirklicht werden soll. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schwenkachse möglichst nah an der flexiblen Membran angeordnet ist, um selbst bei den üblicherweise sehr kleinen Schwenkwinkeln für das Ventilglied, die typischerweise im Bereich zwischen 1 Grad und 10 Grad liegen, die elastische Deformation der flexiblen Membran, insbesondere im Deformationsbereich, auf einem Minimalniveau zu halten.
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Bei einer ersten alternativen Ausführungsform der eingangs genannten Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass eine an eine Oberseite des Befestigungsbereichs angrenzende erste Befestigungsebene und eine an eine Unterseite des Befestigungsbereich angrenzende zweite Befestigungsebene des, insbesondere zwischen einander gegenüberliegenden Ventilgehäuseteilen geklemmten, Befestigungsbereichs einen Befestigungsraum begrenzen, in dem der Schwenkbolzen zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Der Befestigungsraum ist wie der Deformationsraum von zwei, vorzugsweise parallel zueinander ausgerichteten, Ebenen begrenzt und erstreckt sich im Übrigen ohne weitere Begrenzungen. Rein exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die erste Befestigungsebene und/oder die zweite Befestigungsebene beispielsweise den Deformationsbereich und/oder dem Dichtbereich der flexiblen Membran schneiden, ohne dass dies für die Beschreibung der Anordnung des Schwenkbolzens von Bedeutung ist. Ferner ist übereinstimmend mit dem vorstehend beschriebenen Deformationsraum vorgesehen, dass der Schwenkbolzen zumindest abschnittsweise im Befestigungsraum aufgenommen ist. Dies kann ebenfalls durch eine Projektion des Schwenkbolzens und des Befestigungsraum uns auf einer quer zur Schwenkachse ausgerichtete Deformationsebene beschrieben werden, wobei die Projektion des Befestigungsraums von der Projektion des Schwenkbolzens geschnitten wird.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der eingangs genannten Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass der Dichtbereich der flexiblen Membran einen Dichtabschnitt umfasst, der in der Dichtposition des Ventilglieds für eine abdichtende Anlage an einem gegenüberliegend zur Unterseite des Trägerteils im Fluidkanal ausgebildeten Ventilsitz vorgesehen ist und der an einer Stützfläche des Trägerteils abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Stützfläche des Trägerteils bestimmte Stützebene den Schwenkbolzen schneidet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Stützfläche des Trägerteils entweder eben ausgebildet ist, so dass die Stützebene eindeutig bestimmt werden kann, oder dass die Stützebene derart zu einer gekrümmt ausgebildeten Oberfläche der Stützfläche ausgerichtet ist, dass eine Summe aller Abstände von Oberflächenabschnitten der Stützfläche zur Stützebene minimal ist.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der eingangs genannten Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass Eckpunkte eines Bewegungsraums von einer ersten Außenkante der Unterseite des Trägerteils in der Dichtposition und der ersten Au-ßenkante in der Freigabeposition sowie von einer zweiten Au-ßenkante der Unterseite des Trägerteils in der Dichtposition und der zweiten Außenkante in der Freigabeposition bestimmt wird und dass der Schwenkbolzen zumindest bereichsweise im Bewegungsraum angeordnet ist. Dabei handelt es sich sowohl bei der ersten Außenkante als auch bei der zweiten Außenkante um Kanten, die sich an einem Übergang von der Unterseite des Trägerteils auf eine Seitenfläche des Trägerteils ergibt, wobei die erste Außenkante und die zweite Außenkante diejenigen Kanten des Trägerteils sind, die einerseits unmittelbar benachbart oder direkt angrenzend an die flexible Membran angeordnet sind und andererseits einen maximalen Abstand zur Schwenkachse des Ventilglieds aufweisen. Vorzugsweise weist der Bewegungsraum, der durch die erste Außenkante und die zweite Außenkante jeweils in der Freigabeposition und in der Dichtposition bestimmt wird, in einer quer zur Schwenkachse des Ventilglieds ausgerichteten Projektionsebene einen rechteckigen Querschnitt auf. Ferner ist vorgesehen, dass eine Projektion des Schwenkbolzens, insbesondere eines Bolzenabschnitts, der in eine Lagerausnehmung des Ventilgehäuse des eingreift, in die Projektionsebene den Bewegungsraum schneidet.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der eingangs genannten Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass eine Mündungsöffnung des Ventilsitzes eine Mündungsebene bestimmt und dass eine Gerade, die sich von einem Schnittpunkt einer Mittelachse der Mündungsöffnung bis zu einer Schwenkachse des Trägerteils erstreckt, einen Winkel gegenüber der Mündungsebene einnimmt, der kleiner als 30 Grad, vorzugsweise kleiner als 20 Grad, insbesondere kleiner als 15 Grad, ist. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Ventilsitz eine Mündungsöffnung aufweist und dass eine Mündungsebene diese Mündungsöffnung an wenigstens drei Punkten berührt, ohne sie zu schneiden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Mündungsöffnung zumindest weitgehend eben ausgebildet und, insbesondere vollständig, in der Mündungsebene enthalten ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Mündungsebene parallel zur Schwenkachse des Ventilglieds ausgerichtet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidkanal bereichsweise von einem Ventilgehäuseoberteil und von einem Ventilgehäuseunterteil begrenzt ist und dass der erste Ventilsitz und der zweite Ventilsitz im Ventilgehäuseunterteil angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz ein dritter Fluidanschluss angeordnet ist, der das Ventilgehäuseunterteil ausgehend vom Fluidkanal durchsetzt. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der dritte Fluidanschluss unabhängig von der Schwenkstellung des Ventilglieds in permanenter fluidisch kommunizierender Verbindung mit dem Fluidkanal steht. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Ventilglied zwischen der Dichtposition, in der die flexible Membran abdichtend am ersten Ventilsitz anliegt und eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem zweiten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss vorliegt, und der Freigabeposition, in der die flexible Membran dem ersten Ventilsitz freigibt und abdichtend am zweiten Ventilsitz anliegt, so dass eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem dritten Fluidanschluss vorliegt, durch die zugeordnete Antriebseinrichtung umschaltbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die räumliche Anordnung des ersten Ventilsitzes und des zweiten Ventilsitzes derart auf die Eigenschaften des Ventilglieds, insbesondere auf die Eigenschaften der flexiblen Membran, abgestimmt ist, dass bei einer Schwenkbewegung des Ventilglieds zwischen der Dichtposition, die auch als erste Dichtstellung bezeichnet werden kann, da dort der erste Ventilsitz abgedichtet wird, und der Freigabeposition, die auch als zweite Dichtstellung bezeichnet werden kann, da dort der zweite Ventilsitz abgedichtet wird, eine gleichzeitige Freigabe des ersten Ventilsitzes und des zweiten Ventilsitzes vermieden wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass an der Unterseite des Trägerteils ein erster Dichtabschnitt und ein zweiter Dichtabschnitt ausgebildet sind, die in einer gemeinsamen Dichtebene angeordnet sind und dass zwischen dem ersten Dichtabschnitt und dem zweiten Dichtabschnitt ein Vorsprung ausgebildet ist, der über die gemeinsame Dichtebene abragt und der eine Vorsprungsoberfläche bestimmt, wobei ein Abstand zwischen der Vorsprungsoberfläche und dem Schwenkbolzen wenigstens 50 Prozent, vorzugsweise wenigstens 60 Prozent, insbesondere wenigstens 70 Prozent eines Durchmessers des Schwenkbolzens beträgt. Mit diesem Vorsprung wird eine vorteilhafter Kraftfluss zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilglied unabhängig davon gewährleistet, ob der Schwenkbolzen einstückig am Ventilglied ausgebildet ist oder als separater Stift das Ventilglied durchsetzt und in wenigstens eine Lagerausnehmung des Ventilgehäuses eingreift oder alternativ in Form eines von der Wandlung des Ventilgehäuse abragenden Zapfens, der in eine Lagerausnehmung des Ventilglieds eingreift, ausgebildet ist.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der eingangs genannten Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass im Fluidkanal ein erster Ventilsitz und ein zweiter Ventilsitz ausgebildet sind, wobei eine erste Mündungsöffnung des ersten Ventilsitzes eine erste Mündungsebene bestimmt und wobei eine zweite Mündungsöffnung des zweiten Ventilsitzes eine zweite Mündungsebene bestimmt und wobei eine Schnittlinie der ersten Mündungsebene und der zweiten Mündungsebene innerhalb des Schwenkbolzens angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass die erste Mündungsebene die erste Mündungsöffnung des ersten Ventilsitzes berührt und dass die zweite Mündungsebene die zweite Mündungsöffnung des zweiten Ventilsitzes berührt. Ferner wird davon ausgegangen, dass die erste Mündungsebene und die zweite Mündungsebene einen stumpfen Winkel, insbesondere einen Winkel von 175 Grad plus/minus 5 Grad zueinander einnehmen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Mündungsebene und die zweite Mündungsebene jeweils parallel zur Schwenkachse des Ventilglieds ausgerichtet sind. Ferner ist vorgesehen, dass eine Schnittlinie, die durch die erste Mündungsebene und die zweite Mündungsebene bestimmt wird, zumindest von demjenigen Bereich des Schwenkbolzens umfasst ist, der die Schwenkachse für die Schwenkbewegung des Ventilglieds gegenüber dem Ventilgehäuse bestimmt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schnittlinie in einer Projektionsebene, die quer zur Schwenkachse ausgerichtet ist, innerhalb einer Projektion desjenigen Bereichs des Schwenkbolzens auf dies Projektionsebene liegt, der die Schwenkachse bestimmt. Es kann auch vorgesehen sein, das die erste Mündungsebene und die zweite Mündungsebene parallel zueinander ausgerichtet sind, insbesondere deckungsgleich sind, wobei in diesem Fall die beiden Mündungsebenen den Schwenkbolzen schneiden.
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Vorteilhaft ist es, wenn ausgehend von dem Dichtbereich der flexiblen Membran wenigstens ein in Richtung der Oberseite des Ventilglieds erstreckter und in einer korrespondierenden Ausnehmung des Ventilglieds, insbesondere formschlüssig, aufgenommener Haltezapfen oder Haltesteg ausgebildet ist und/oder dass die flexible Membran eine umlaufende Manschette umfasst, die sich von der Unterseite des Trägerteils in Richtung der Oberseite des Trägerteils erstreckt. Die Funktion des Haltezapfens oder Haltestegs besteht darin, eine zuverlässige Festlegung der flexiblen Membran am Trägerteil zu gewährleisten. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Haltezapfen oder Haltesteg ausgehend von der Unterseite des Trägerteils ein pilzartiges Profil aufweist und dabei mit einem vergrößerten Kopfbereich formschlüssig in einer korrespondierenden Ausnehmung des Ventilglieds aufgenommen ist. Bei einem Haltezapfen wird davon ausgegangen, dass dieser sich in Richtung der Schwenkachse nur über einen Teilabschnitt des Trägerteils erstreckt. Bei einem Haltesteg wird davon ausgegangen, dass dieser sich in Richtung der Schwenkachse über die gesamte Breite des Trägerteils erstreckt. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass die flexible Membran eine ausgehend von der Unterseite des Trägerteils in Richtung der Oberseite des Trägerteils erstreckte Manschette aufweist, die vorzugsweise umlaufend am Trägerteil ausgebildet ist, um eine vorteilhafte Kraftübertragung zwischen dem Trägerteil und der flexiblen Membran ohne unerwünschte Kraftspitzen zu ermöglichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Befestigungsbereich an einem, vorzugsweise eben ausgebildeten, Unterseitenbereich eines Ventilgehäuseoberteils und an einem gegenüberliegend angeordneten, vorzugsweise eben ausgebildeten, Oberseitenbereich eines Ventilgehäuseunterteils anliegt und zwischen dem Unterseitenbereich und dem Oberseitenbereich kraftschlüssig oder kraftschlüssig und formschlüssig aufgenommen ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse, in dem mehrere Fluidanschlüsse, ein Fluidkanal, ein Ventilglied und eine schematisch angedeutete Antriebseinrichtung aufgenommen sind,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Ventilglieds gemäß der 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Ventilgehäuseunterteils des in der 1 dargestellten Ventilgehäuses,
- 4 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und eines vom Ventilglied bestimmten Deformationsraums,
- 5 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und eines vom Ventilglied bestimmten Befestigungsraums,
- 6 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und einer vom Ventilglied bestimmten Stützfläche,
- 7 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und eines vom Ventilglied bestimmten Bewegungsraums,
- 8 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und einer von einem Ventilsitz bestimmten Mündungsebene, und
- 9 eine streng schematisierte Darstellung eines Schwenkbolzens des Ventilglieds und einer ersten Mündungsebene eines ersten Ventilsitze und einer zweiten Mündungsebene eines zweiten Ventilsitzes.
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Eine in der Schnittdarstellung der 1 bereichsweise dargestellte Ventileinrichtung 1 dient zur Steuerung von Fluidströmen, die an einem ersten Fluidanschluss 2, an einem zweiten Fluidanschluss 3 sowie an einen dritten Fluidanschluss 4 bereitgestellt werden können. Beispielhaft handelt es sich bei den Fluidströmen um Flüssigkeitsströme, alternativ kann es sich bei den Fluidströmen auch um Gasströme handeln.
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Die Fluidanschlüsse 2 bis 4 sind an einem Ventilgehäuseunterteil 7 ausgebildet, das zusammen mit einem unmittelbar angrenzend angeordneten Ventilgehäuseoberteil 6 ein nicht vollständig dargestelltes, rein exemplarisch quaderförmig ausgebildetes Ventilgehäuse 5 bildet. Beispielhaft ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuseoberteil 6 und das Ventilgehäuseunterteil 7 jeweils als Kunststoffspritzgussteile ausgebildet sind und durch nicht näher dargestellte Verbindungsmittel wie Rastverbindungen und/oder Schraubverbindungen fest miteinander verbunden sind.
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Ausgehend von dem ersten Fluidanschluss 2 erstreckt sich eine erste Fluidbohrung 15, die an einer ersten Mündungsöffnung 18 in einen Arbeitsraum 26 ausmündet, der als Ausnehmung vom Ventilgehäuseoberteil 6 und vom Ventilgehäuseunterteil 7 begrenzt wird. In gleicher Weise erstreckt sich vom zweiten Fluidanschluss 3 eine zweite Fluidbohrung 16 bis zu einer zweiten Mündungsöffnung 19 und vom dritten Fluidanschluss 4 eine dritte Fluidbohrung 17 bis zu einer dritten Mündungsöffnung 20. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die erste Fluidbohrung 15, die zweite Fluidbohrung 16 sowie die dritte Fluidbohrung 17 jeweils parallel zueinander ausgerichtete Bohrungsachsen 23, 24, 25 aufweisen. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die dritte Fluidbohrung 17, insbesondere mittig, zwischen der ersten Fluidbohrung 15 und der zweiten Fluidbohrung 16 angeordnet ist.
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Ferner ist vorgesehen, dass die erste Mündungsöffnung 18 von einer am Ventilgehäuseunterteil 7 ausgebildeten ringförmigen Planfläche umgeben ist, die als erster Ventilsitz 21 bezeichnet wird. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die zweite Mündungsöffnung 19 von einer am Ventilgehäuseunterteil 7 ausgebildeten ringförmigen Planfläche umgeben ist, die als zweiter Ventilsitz 22 bezeichnet wird.
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In den Arbeitsraum 26 ist eine nur schematisch dargestellte Antriebseinrichtung 27 angeordnet. Bei der Antriebseinrichtung 27 kann es sich beispielsweise um einen nicht näher dargestellten Magnetspulenantrieb handeln, der bei geeigneter Bereitstellung von elektrischer Energie eine Linearbewegung eines linearbeweglich gelagerten Koppelelements 28 bewirken kann. Dieses Koppelelement 28, bei dem es sich um einen Bestandteil der Antriebseinrichtung 27 handelt, liegt beispielhaft an einer Oberseite 37 eines Trägerteils 36 an, das als Bestandteil eines nachstehend näher beschriebenen Ventilglieds 35 ebenfalls im Arbeitsraum 26 aufgenommen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Linearbewegung des Koppelelements 28 aufgrund einer schwenkbeweglichen Lagerung des Ventilglieds 35 am Ventilgehäuse 5, insbesondere am Ventilgehäuseoberteil 6, in eine Schwenkbewegung des Ventilglieds 35 umgesetzt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen der Antriebseinrichtung 27 und der Oberseite 37 des Trägerteils 36 beabstandet vom Koppelelement 28 eine vorgespannte Federeinrichtung 29 angeordnet ist, mit der eine nicht näher dargestellte Vorzugsstellung für das Ventilglied 35 vorgegeben werden kann.
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An der Unterseite 38 des Trägerteils 36 ist eine flexible Membran 39 mit einem Dichtbereich 40 festgelegt, der an der Unterseite 38 des Trägerteils 36 anliegt. Angrenzend an den Dichtbereich 40 ist ein umlaufend um das Trägerteil 36 ausgebildeter Deformationsbereich 41 ausgebildet. Rein exemplarisch weist der Deformationsbereich 41 gemäß der Darstellung der 1 in der Neutralstellung des Ventilglieds 35, wie sie in der 1 gezeigt ist, eine U-förmige Profilierung auf. Angrenzend an den Deformationsbereich 41 ist ein umlaufend um den Deformationsbereich 41 ausgebildeter Befestigungsbereich 42 vorgesehen. Der Dichtbereich 40, der Deformationsbereich 41 und der Befestigungsbereich 42 sind gemäß der Darstellung in den Figuren jeweils von einem Kasten in gestrichelter Darstellung umgeben, der jedoch nur die Positionierung des jeweiligen Bereichs an der flexiblen Membran 39 sowie die Erstreckung des jeweiligen Bereichs in der in 1 eingezeichneten x-Richtung angibt, während die Ausdehnung des jeweiligen Kastens in der y-Richtung keine Information über die Größe des jeweiligen Bereichs enthält.
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Der Befestigungsbereich 42 ist rein exemplarisch kraftschlüssig abdichtend zwischen dem Ventilgehäuseoberteil 6 und dem Ventilgehäuseunterteil 7 aufgenommen. Hierzu ist an einer dem Ventilgehäuseunterteil 7 zugewandten Unterseite des Ventilgehäuseoberteils 6 ein, rein exemplarisch ebener, Unterseitenbereich 43 ausgebildet. Ferner ist gegenüberliegend zum Unterseitenbereich 43 ein, rein exemplarisch ebener, Oberseitenbereich 44 ausgebildet. Beispielhaft sind der Unterseitenbereich 43 und der Oberseitenbereich 44 parallel zueinander ausgerichtet. Ferner ist vorgesehen, dass ein Abstand 45 zwischen dem Unterseitenbereich 43 und dem Oberseitenbereich 44 kleiner als eine Materialstärke 46 des Befestigungsbereichs 42, also kleiner als ein Abstand zwischen einer Oberseite 60 und einer Unterseite 61 des Befestigungsbereichs 42 ausgeführt ist. Somit ist bei einer Festlegung des Ventilgehäuseoberteils 6 Fam Ventilgehäuseunterteil 7 eine elastische Deformation des Befestigungsbereichs 42 gewährleistet, mit der die kraftschlüssige Festlegung der flexiblen Membran 39 am Ventilgehäuse 5 erzielt wird.
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Die flexible Membran 39 trennt den Arbeitsraum 26 in einen Funktionsbereich 30, in dem die Antriebseinrichtung 27 aufgenommen ist und einen abdichtend davon getrennten Fluidkanal 31, der stets in fluidisch kommunizierender Verbindung mit der dritten Fluidbohrung 17 steht. Ferner steht der Fluidkanal 31 in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Ventilglieds 35 in fluidisch kommunizierende Verbindung mit der ersten Fluidbohrung 15 oder der zweiten Fluidbohrung 16.
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Beispielsweise nimmt das Ventilglied 35 bei einer Verschwenkung aus der Neutralstellung, wie sie in der 1 gezeigt ist, gegen den Uhrzeigersinn eine Dichtposition ein, in der der Dichtbereich 40 abdichtend an dem ersten Ventilsitz 21 anliegt und damit eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der ersten Fluidbohrung 15 und dem Fluidkanal 31 unterbricht. Dabei wird derjenige Abschnitt des Dichtbereichs 40, der für die Anlage am ersten Ventilsitz 21 vorgesehen ist, auch als erster Dichtabschnitt 50 bezeichnet. Bei einer Verschwenkung des Ventilglieds 35 im Uhrzeigersinn gemäß der Darstellung der 1 gelangt das Ventilglied 35 in eine Schwenkstellung, die auch als Freigabeposition bezeichnet wird, da in dieser Schwenkstellung die fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der ersten Fluidbohrung 15 und dem Fluidkanal 31 freigegeben ist. Allerdings liegt in dieser Schwenkstellung der Dichtbereich 40 abdichtend an dem zweiten Ventilsitz 22 an, womit eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der zweiten Fluidbohrung 16 und dem Fluidkanal 31 unterbrochen wird. Dabei wird derjenige Abschnitt des Dichtbereichs 40, der für die Anlage an zweiten Ventilsitz 22 vorgesehen ist, auch als zweiter Dichtabschnitt 51 bezeichnet. Bei einer Ventileinrichtung 1, die entsprechend der Darstellung der 1 insgesamt zwei Ventilsitze 21, 22 aufweist, kann die Dichtposition auch als erste Dichtstellung und die Freigabeposition auch als zweite Dichtstellung bezeichnet werden.
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Um die vorstehend beschriebenen Schwenkbewegungen des Ventilglieds 35 gewährleisten zu können ist das Ventilglied 35 mit Hilfe eines Schwenkbolzens 47 schwenkbeweglich am Ventilgehäuse 5 gelagert. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Schwenkbolzen 47 als separates Bauteil ausgebildet ist und eine Ausnehmung 48 im Trägerteils 36, die rein exemplarisch quer zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtet ist, durchsetzt. Dementsprechend ist auch eine nur symbolisch dargestellte Schwenkachse 49 des Ventilglieds 35 quer zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtet. Der Schwenkbolzen 47 kann insbesondere als kreiszylindrischer Stab ausgebildet sein, der jeweils endseitig in nicht näher dargestellten Lagerausnehmungen, die ausgehend vom Arbeitsraum 26 in das Ventilgehäuseoberteil 6 eingebracht sind, eingreift.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der erste Dichtabschnitt 50 und der zweite Dichtabschnitt 51 an einer ersten Stützfläche 52 bzw. einer zweiten Stützfläche 53 anliegen. Rein exemplarisch sind sowohl die erste Stützfläche 52 als auch die zweite Stützfläche 53 eben ausgebildet und liegen auch in einer gemeinsamen Stützebene 54. Wie der der Darstellung der 1 und 6 entnommen werden kann, weist das Trägerteil 36 des Ventilglieds 35 einen Vorsprung 55 auf, der sich zwischen der ersten Stützfläche 52 und der zweiten Stützfläche 53 über die Stützebene 54 hinaus erstreckt. Eine Vorsprungsoberfläche 62 des Vorsprungs 55 weist einen Abstand 63 zum Schwenkbolzen 47 auf, der wenigstens 50 Prozent eines Durchmessers 64 des Schwenkbolzens 47 beträgt.
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Der Vorsprung 55 ermöglicht eine Anordnung des Schwenkbolzens 47 abweichend von der üblichen Anordnung von Schwenkbolzen für Ventilglieder in derart ausgebildeten Ventileinrichtungen. Aufgrund der nachstehend näher beschriebenen Anordnung des Schwenkbolzens 47 bezüglich des Deformationsbereichs 41 wird bei einer Schwenkbewegung des Trägerteils 36 um die Schwenkachse 49 eine relativ geringe elastische Deformation für den Deformationsbereich 41 der flexiblen Membran 39 gewährleistet. Hauptsächlich werden hierdurch Querkräfte auf die flexible Membran 39 in der geschlossenen Stellung am jeweiligen Ventilsitz 21, 22 reduziert und somit eine optimale Dichtwirkung bei erhöhter Lebensdauer erreicht. Ferner werden unerwünschte Zugkräfte auf die flexible Membran 39 zumindest weitgehend verhindert, wie sie bei einer konventionellen Anordnung des Schwenkbolzens am Ventilglied auftreten können und insbesondere zu einem raschen Verschleiß der flexiblen Membran führen.
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Wie der Darstellung der 1 entnommen werden kann, sind der erste Ventilsitz 21 und der zweite Ventilsitz 22 bezogen auf den Unterseitenbereich 43 und den Oberseitenbereich 44 jeweils schräg ausgerichtet. Die Schrägstellung für den ersten Ventilsitz 21 und für den zweiten Ventilsitz 22 gegenüber dem Unterseitenbereich 43 und dem Oberseitenbereich 44 ist derart gewählt, dass der jeweilige Dichtabschnitt 50, 51 der flexiblen Membran 39 in der entsprechenden Schwenkstellung des Ventilglieds 35 parallel zum jeweiligen Ventilsitz 21, 22 ausgerichtet ist, um einen möglichst homogene und wirkungsvolle Abdichtung zwischen der flexiblen Membran 39 und dem jeweiligen Ventilsitz 21, 22 zu gewährleisten.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass ausgehend von der Unterseite 38 des Trägerteils 36 mehrere Haltestege 56 von der flexiblen Membran 39 in Richtung der Oberseite 37 des Trägerteils 36 abragen, die jeweils an einem entfernt von der Unterseite 38 angeordneten Endbereich eine pilzartige Verdickung aufweisen. Diese Haltestege 56 sind in korrespondierenden Ausnehmungen 57 des Trägerteils 36 und formschlüssig aufgenommen und gewährleisten eine zuverlässige Festlegung des Deformationsbereich 41 an der Unterseite 38 des Trägerteils 36. Rein exemplarisch ist ergänzend eine einstückig an der flexiblen Membran 39 angeformte, umlaufende Manschette 58 vorgesehen, die eine umlaufende Außenumfangsfläche 59 des Trägerteils 36 umgibt und die zusätzlich zur Festlegung der flexiblen Membran 39 am Trägerteil 36 dient.
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In der 2 ist das Ventilglied 35 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Hierbei sind insbesondere der in der Art einer umlaufenden Rinne ausgebildete Deformationsbereich 41, die Ausnehmung 48 zur Aufnahme des in der 2 nicht dargestellten Schwenkbolzens 49 sowie die umlaufende Manschette 58 und der nach außen an den Deformationsbereich 41 angrenzende Befestigungsbereich 42 dargestellt.
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Aus der Darstellung der 3, die das Ventilgehäuseunterteil 7 in einer perspektivischen Draufsicht zeigt, sind insbesondere die Fluidbohrungen 15, 16 und 17 sowie der kreisringförmig ausgebildete erste Ventilsitz 21 sowie der kreisringförmig ausgebildete zweite Ventilsitz 22 erkennbar.
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In der Darstellung der 4 sind neben dem Schwenkbolzen 47 des Ventilglieds 35 nur der mit Kreuzschraffur dargestellte Deformationsbereich 41 und der daran angrenzende Befestigungsbereich 42 gezeigt. Dabei begrenzen eine untere Deformationsebene 65 und eine obere Deformationsebene 66 einen Deformationsraum 67, der gemäß der Darstellung der 4 den Schwenkbolzen 47 schneidet. Die untere Deformationsebene 65 ist zum einen parallel zur Schwenkachse 49 ausgerichtet, die in der 4 nur symbolisiert dargestellt werden kann, da sie senkrecht zur Darstellungsebene der 4 ausgerichtet ist. Ferner ist die untere Deformationsebene 65 derart angeordnet, dass sie den Deformationsbereich 41 der flexiblen Membran 39 an einer dem Trägerteil 36 gemäß der Darstellung der 1 abgewandten Unterseite berührt, jedoch nicht schneidet. Die obere Deformationsebene 66 ist ebenfalls parallel zur Schwenkachse ausgerichtet und berührt den Deformationsbereich 41 an einer dem Trägerteil 36 gemäß der Darstellung der 1 zugewandten Oberseite, ohne dass die obere Deformationsebene 66 den Deformationsbereich 41 schneidet.
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Bei der Darstellung der 5 sind die gleichen Strukturen wie bei der 4 gezeigt. Im Unterschied zur 4 ist die 5 jedoch auf einen Befestigungsraum gerichtet, der durch eine untere Befestigungsebene 75 und eine obere Befestigungsebene 76 begrenzt wird. Dabei berührt die untere Befestigungsebene 75 eine dem Trägerteil 36 gemäß der 1 abgewandte Unterseite des mit Kreuzschraffur dargestellten Befestigungsbereichs 42, während die obere Befestigungsebene 76 einer dem Trägerteil 36 gemäß der 1 zugewandte Oberseite des Befestigungsbereichs 42 berührt. Ferner ist vorgesehen, dass die untere Befestigungsebene 75 und die obere Befestigungsebene 76 dem Befestigungsbereich 42 nicht schneiden und jeweils parallel zur Schwenkachse 49 ausgerichtet sind.
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Die Darstellung gemäß der 6 zeigt die Stützebene 54, die von der ersten Stützfläche 52 am Trägerteil 36 und von der zweiten Stützfläche 53 am Trägerteil 36 bestimmt wird. Dabei ist die erste Stützfläche 52 derjenige Bereich des Trägerteils 36, der unmittelbar oberhalb des ersten Dichtabschnitts 50 der flexiblen Membran 39 liegt. Ferner ist die zweite Stützfläche 53 derjenige Bereich des Trägerteils 36, der unmittelbar oberhalb des zweiten Dichtabschnitts 51 der flexiblen Membran 39 liegt. Die Stützebene 54 ist parallel zur Schwenkachse 49 ausgerichtet und schneidet den Schwenkbolzen 47.
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In der 7 ist das Trägerteil 36 in eine erste Dichtstellung 95 und in eine zweite Dichtstellung 96 verschwenkt, wobei das Trägerteil 36 rein exemplarisch ausgehend von der Neutralstellung gemäß der 1 jeweils um ca. 2 Grad verschwenkt ist. Ein Bewegungsraum 97 mit einer gemäß der Darstellung der 7 rechteckigen Profilierung wird durch eine erste Außenkante 98 des Trägerteils 36 und eine zweite Au-ßenkante 99 des Trägerteils 36 in den beiden Dichtstellungen 95 und 96 bestimmt. Wie der Darstellung der 7 entnommen werden kann, schneidet der Schwenkbolzen 47 den Bewegungsraum 97.
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In der 8 ist dargestellt, dass eine erste Mündungsebene 105, die den gemäß der Darstellung der 3 kreisringförmig ausgebildeten ersten Ventilsitz 21 berührt, mit einer Geraden 106, die ausgehend von der Schwenkachse 49 des Schwenkbolzens 47 bis zu einem Schnittpunkt zwischen der Bohrungsachse 23 und der Mündungsebene 105 erstreckt ist, einen Winkel 107 einnimmt, der rein exemplarisch 7,5 Grad beträgt.
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In der 9 ist dargestellt, das zusätzlich zu der ersten Mündungsebene 105, die dem ersten Ventilsitz 21 zugeordnet ist, eine zweite Mündungsebene 116 vorgesehen ist, die dem zweiten Ventilsitz 22 zugeordnet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die erste Mündungsebene 105 und die zweite Mündungsebene 116 einen stumpfen Winkel 117 einschließen, der rein exemplarisch 176 Grad beträgt.
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Aus der 9 ist zu erkennen, dass der Schwenkbolzen 47 derart angeordnet ist, dass ein Schnittpunkt 108 auf einer nicht dargestellten Schnittlinie der erste Mündungsebene 105 mit der zweiten Mündungsebene 116 innerhalb eines vom Schwenkbolzen 47 bestimmten kreisförmigen Profils angeordnet ist, das sich durch eine Projektion des Schwenkbolzens 47 in die als Projektionsebene dienende Darstellungsebene gemäß der 9 ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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