DE102022132355A1

DE102022132355A1 - Rückschlagventil

Info

Publication number: DE102022132355A1
Application number: DE102022132355.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Heuberger
Original assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2024-06-06
Also published as: CN118149136A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil (100) zur Anordnung in einem Strömungskanal mit einem mindestens einen Durchlass (2) aufweisenden Ventilkörper (1) und einem den Durchlass (2) bei einer Anströmung aus einer Durchströmungsrichtung (S1) selbstständig freigebenden und in einer Sperrrichtung (S2) selbstständig abdichtenden Ventilelement (3), wobei das Ventilelement (3) und der Ventilkörper (1) einstückig miteinander verbunden sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rückschlagventils (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil zur Anordnung in einem Strömungskanal mit einem mindestens einen Durchlass aufweisenden Ventilkörper und einem den Durchlass bei einer Anströmung aus einer Durchströmungsrichtung selbstständig freigebenden und in einer Abdichtrichtung selbstständig abdichtenden Ventilelement.
Entsprechende Rückschlagventile kommen in verschiedenen Bereichen der Technik zum Einsatz und dienen dazu, einen Flüssigkeitsstrom in einer Richtung passieren zu lassen und diesen in entgegengesetzter Richtung zu sperren. Die Rückschlagventile umfassen dabei in der Regel einen in einem Strömungskanal angeordneten Ventilkörper, der einen oder auch mehrere verschließbare Durchlässe aufweist. Der Ventilkörper ist dabei derart angeordnet, dass das gesamte Fluid durch den oder die Durchlässe strömen muss und nicht an dem Ventilkörper vorbeiströmen kann.
Um nun den Durchfluss in nur einer Richtung zu erlauben und diesen in entgegengesetzter Richtung zu verhindern, ist ein Ventilelement vorgesehen, welches den Durchlass bei einer Anströmung in einer Durchströmungsrichtung freigibt und diesen bei einer Anströmung in entgegengesetzter Richtung sperrt. Diese Richtung wird folglich auch als Sperrrichtung bezeichnet. In der Regel sind entsprechende Rückschlagventile dabei rein passiv ausgestaltet, so dass das anströmende Fluid selbst dafür sorgt, dass das Ventilelement den Durchlass in Abhängigkeit der Strömungsrichtung freigibt oder sperrt.
In konstruktiver Hinsicht sind Rückschlagventile bekannt, bei denen der Ventilkörper einen Durchlass aufweist, in oder vor dem ein Ventilelement nach Art einer federbelasteten Kugel angeordnet ist. Wird das Rückschlagventil aus Durchlassströmung angeströmt, wird die Kugel durch die Anströmung entgegen der Feder bewegt und der Durchlass wird freigegeben, so dass das Fluid das Rückschlagventil durchströmen kann. Eine Anströmung in Sperrrichtung führt hingegen dazu, dass die Kugel auf den Durchlass des Ventilkörpers gedrückt wird und diesen somit verschließt. Eine Durchströmung des Rückschlagventils wird somit zuverlässig verhindert.
Zwar haben sich solche Rückschlagventile zum Einsatz in unterschiedlichen Bereichen durchaus bewährt, allerdings ist ihr Aufbau aufgrund der verschiedenen Elemente vergleichsweise komplex.
Davon ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Rückschlagventil anzugeben, welches sich durch einen vereinfachten Aufbau auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einem Rückschlagventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Ventilelement und der Ventilkörper einstückig miteinander verbunden sind.
Durch die einstückige Verbindung von Ventilelement und Ventilkörper wird ein sehr einfacher Aufbau geschaffen, der insofern auch für eine einfache Handhabbarkeit des Rückschlagventils sorgt. Das Rückschlagventil kann somit als ein einzelnes zusammenhängendes Teil ausgestaltet sein, was sich auch im Hinblick auf die Montage als vorteilhaft erwiesen hat. Ferner kann das Rückschlagventil durch die einstückige Ausgestaltung sehr kompakt ausgestaltet sein und insofern nur einen geringen Bauraum erfordern.
Ferner hat es sich im Hinblick auf das Rückschlagventil als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ventilelement und der Ventilkörper aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, bestehen. Kunststoff zeichnet sich durch eine einfache spanende Verarbeitbarkeit aus, was die Herstellung des Rückschlagventils vereinfacht. PTFE hat darüber hinaus den Vorteil, dass es chemisch beständig und insofern auch für verschiedene Fluide geeignet ist. Gerade für Anwendungen in einer hochreinen Umgebung, wie bspw. in der Halbleiterindustrie, in der Medizintechnik oder auch in der Lebensmittelindustrie eignet sich die Verwendung von PTFE. Je nach Anwendungsfall können alternativ auch PE oder andere spanend verarbeitbare Kunststoffe verwendet werden.
Durch die einstückige Verbindung von Ventilelement und Ventilkörper können diese aus demselben Material bestehen. Auch dies bringt gerade bei einer Anwendung in einer hochreinen Umgebung Vorteile mit sich. Denn bei Rückschlagventilen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, kann es bei einer Kontaktierung von Ventilelement und Ventilkörper leichter zu einem Abrieb und dadurch zu Verunreinigungen des Fluids kommen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Durchlass den Ventilkörper durchdringt, so dass dieser durchströmbar ist. Das Fluid kann somit durch den Ventilkörper hindurchströmen, sofern das Ventilelement den Durchlass nicht verschließt. Der Ventilkörper kann dabei derart in dem Strömungskanal angeordnet sein, dass das Fluid nicht seitlich an dem Ventilkörper vorbeifließen kann. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass durch eine Abdichtung des Durchlasses der gesamte Strömungsquerschnitt des Strömungskanals verschlossen und somit ein Fluidstrom in Sperrrichtung zuverlässig verhindert werden kann.
In konstruktiver Hinsicht hat es sich im Hinblick auf den Durchlass als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser halbkreisförmig ausgestaltet ist. Durch diese Form kann der Durchlass an den in der Regel rohrförmigen Strömungskanal angepasst sein, so dass sich ein vergleichsweise großer Durchströmungsquerschnitt und damit ein geringer Druckverlust in Durchströmungsrichtung ergibt. Weiterhin können aber je nach Anwendungsgebiet und Randparameter auch konstruktiv anders ausgestaltete Querschnitte zum Einsatz kommen.
Um den Druckverlust des Rückschlagventils in Durchströmungsrichtung zu verringern, hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Ventilkörper zwei Durchlässe aufweist. Das Fluid kann somit in Durchströmungsrichtung durch beide Durchlässe fließen. In der Sperrrichtung kann das Ventilelement beide Durchlässe zuverlässig abdichten, so dass kein Fluidstrom möglich ist. Das Ventilelement kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass es bei einer Anströmung in der Durchströmungsrichtung beide Durchlässe selbstständig freigibt und bei einer Anströmung in Sperrrichtung diese selbständig abdichtet.
Im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung der Durchlässe können diese spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein, so dass ein möglichst großer Volumenstrom durch das Rückschlagventil in Durchströmungsrichtung hindurchfließen kann. Die beiden Durchlässe können eine im Wesentlichen identische Größe aufweisen, so dass sich der Volumenstrom des in Durchströmungsrichtung fließenden Fluids gleichmäßig auf beide Durchlässe aufteilen kann. Dies sorgt für einen vergleichsweise geringen Druckverlust.
Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Abdichtung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ventilelement den oder die Durchlässe abdichtend überlappt. Wenn das Ventilelement in Sperrrichtung angeströmt wird, gewährleistet die Überlappung, dass auch bei einer gewissen Verformung des Ventilelements eine zuverlässige Abdichtung sichergestellt wird. Das Ventilelement kann somit zur Abdichtung des oder der Durchlässe, insbesondere flächig, auf dem Ventilkörper aufliegen. Die Abdichtung wird auch nachfolgend im Hinblick auf weitere Aspekte des Rückschlagventils noch näher erläutert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventilelement als Dichtteller ausgestaltet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass das Ventilelement den oder die Durchlässe bei einer Anströmung in Sperrrichtung auf einfache Weise abdichtet und sperrt und bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung freigibt. Das Ventilelement kann somit als rein passives Element ausgestaltet sein, welches alleine aufgrund des strömenden Fluids in seine sperrende oder in seine freigebende Stellung bewegt wird. Der Dichtteller kann eben ausgestaltet sein, jedoch kann dieser auch eine gewisse Konturierung aufweisen. Maßgeblich ist insofern nur, dass dieser den oder die Durchlässe zuverlässig abdichten kann.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ventilelement scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig, ausgestaltet ist. Durch diese Ausgestaltung können auch mehrere Durchlässe zuverlässig und in gleicher Weise abgedichtet werden. Vorteilhaft ist das Ventilelement nach Art einer Scheibe ausgestaltet, was zu einem in Axialrichtung, also in Strömungsrichtung des Fluids, sehr flachbauenden Rückschlagventil führt.
Das Ventilelement kann sich bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung elastisch verformen und den oder die Durchlässe freigeben. Ohne Anströmung kann das Ventilelement aufgrund dessen Materialeigenspannung in die Ausgangsposition zurückkehren, in welcher es auf dem oder den Durchlässen aufliegt und diese somit abdichtet. Eine Anströmung aus Sperrrichtung kann hingehen nicht zu einer Verformung des Ventilelements führen, so dass der Fluidfluss in Sperrrichtung durch das Ventilelement blockiert wird. Vielmehr kann eine entsprechende Anströmung in Sperrrichtung dafür sorgen, dass das Ventilelement abdichtend auf den Ventilkörper gedrückt wird. Da das Ventilelement und der Ventilkörper einstückig miteinander verbunden sind, kann kein Scharnier zur Bewegung des Ventilelements vorgesehen sein.
Im Hinblick auf die Anordnung des Ventilelements hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieses auf der der Durchströmungsrichtung abgewandten Seite des Ventilkörpers angeordnet ist. Das Fluid kann somit zunächst den Ventilkörper bzw. den oder die Durchlässe durchströmen und dann auf das Ventilelement treffen. Aus Sicht des in Durchströmungsrichtung strömenden Fluids kann das Ventilelement insofern hinter dem Ventilelement angeordnet bzw. mit der Rückseite des Ventilelements verbunden sein. Der Ventilkörper kann somit eine der Durchströmungsrichtung zugewandte Durchströmungsseite und eine der Durchströmungsrichtung abgewandte Abdichtseite aufweisen, wobei das Ventilelement auf der Abdichtseite angeordnet sein kann.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die beiden Durchlässe über einen Steg voneinander getrennt sind. Der Steg kann dem Ventilkörper eine ausrechende Stabilität verleihen, so dass dieser vergleichsweise dünn ausgestaltet sein kein und sich bei einer Anströmung nicht oder nur in möglichst geringem Umfang verformt. Der Steg kann sich quer zur Strömungsrichtung erstrecken und damit zwischen den beiden Durchlässen angeordnet sein. Der Ventilkörper kann achsensymmetrisch ausgestaltet sein und die Symmetrieachse kann sich in Querrichtung mittig durch den Steg erstrecken.
Im Hinblick auf die Verbindung zwischen Ventilelement und Ventilkörper hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ventilelement im Bereich des Stegs mit dem Ventilkörper verbunden ist. Da der Steg zwischen den beiden Durchlässen angeordnet sein kann, kann insofern auch das Ventilelement zwischen den beiden Durchlässen mit dem Ventilkörper verbunden sein. Auf diese Weise kann das Ventilelement beide Durchlässe zuverlässig verschießen und ein Fluidrückstrom verhindern.
Vorteilhaft ist der Ventilkörper dabei nicht mit den gesamten Steg verbunden, sondern lediglich in einem, insbesondere kreisförmigen, Verbindungsbereich in der Mitte des Stegs. Dies sorgt für eine größere Flexibilität des Ventilelements und dafür, dass dieses bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung auch in den Randbereichen des Stegs von diesem abgehoben werden kann. Durch den vergleichsweise kleinen Verbindungsbereich lässt sich der effektive Strömungsquerschnitt in Durchströmungsrichtung vergrößern, da das Ventilelement weiter von dem oder den Durchlässen abgehoben bzw. entsprechend verformt werden kann. Die Mittelachse des Rückschlagventils bzw. des Ventilkörpers kann sich, insbesondere mittig, durch den Verbindungsbereich erstrecken, so dass das Ventilelement durch die Strömung gleichmäßig verformt werden kann. Dies kann auch für ein gleichzeitiges Öffnen mehrerer Durchlässe sorgen.
Gemäß einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper einen den Steg umgebenden Ringabschnitt aufweist. Der Steg kann die beiden gegenüberliegenden Seiten des Ringabschnitts nach Art einer Brücke miteinander verbinden. Die Durchlässe können entsprechend jeweils zwischen dem Steg und dem Ringabschnitt angeordnet sein. Wenn zwei Durchlässe vorgesehen sind, können sich diese im Hinblick auf den Steg gegenüberliegen und der Steg kann insofern die Spiegelachse der beiden Durchlässe bilden.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ventilelement nicht mit dem Ringabschnitt verbunden ist. Das Ventilelement kann insofern lose auf dem Ringabschnitt aufliegen und bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung von diesem abgehoben werden. Lediglich im mittleren Bereich kann das Ventilelement mit dem Ventilkörper verbunden sein, so dass dieses bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung zur Freigabe der Durchlassöffnung oder der Durchlassöffnungen umfangsseitig von dem Ventilkörper abgehoben wird. Wie stark sich das Ventilelement dabei verformt und wie weit dieses abgehoben wird, hängt im Wesentlichen von der Stabilität des Ventilelements, also insbesondere dessen Dicke und dessen Material, von der Größe des Verbindungsbereichs sowie von der Anströmgeschwindigkeit ab. Wird das Ventilelement in Sperrrichtung angeströmt, wird dieses flächig auf den Ventilkörper aufgedrückt und der oder die Durchlässe somit abgedichtet. Das Ventilelement sollte dabei so stabil sein, dass es durch die Anströmung in Sperrrichtung nicht oder nur geringförmig verformt und in den oder die Durchlässe gedrückt wird. Der den oder die Durchlässe abdichtende Dichtbereich entspricht dem Bereich, in welchem der Ventilkörper durch die Anströmung in Sperrrichtung auf das Ventilelement gedrückt wird. Da die Anpresskraft bei einer stärkeren Anströmung in Sperrrichtung zunimmt, entsteht ein selbstverstärkender Effekt, so dass eine zuverlässige Abdichtung jederzeit gewährleistet ist.
Der Ringabschnitt kann an den Durchmesser des Strömungskanals angepasst und umfangsseitig in diesem befestigt sein. Zur Abdichtung des Ventilkörpers bzw. des Ringabschnitts gegenüber dem Strömungskanal kann der Ringabschnitt eine Dichtfläche aufweisen. Diese Dichtfläche kann gewährleisten, dass kein Fluid zwischen dem Ventilkörper und der Wandung des Strömungskanals an dem Rückschlagventil vorbeiströmen kann.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Ringabschnitt und der Steg einstückig miteinander verbunden sind. Dies führt zu einer ausreichenden Stabilität und es ist nicht erforderlich, die beiden Elemente bei der Herstellung miteinander zu verbinden. Vielmehr kann somit das gesamte Rückschlagventil als einstückiges Element ausgestaltet sein. Um Strömungsverluste zu verringern, hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Übergänge zwischen dem Ringabschnitt und dem Steg verrundet sind. Dadurch können Turbulenzen beim Durchströmen des oder der Durchlässe verringert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Rückschlagventils ist ferner vorgesehen, dass der Durchmesser des Ventilelements geringer ist als der Durchmesser des Ventilkörpers. Der Durchmesser des Ventilkörpers kann im Wesentlichen dem Durchmesser des Strömungskanals entsprechen und der Durchmesser des Ventilkörpers muss groß genug sein, um den oder die Durchlässe zuverlässig abzudichten. Durch den geringeren Durchmesser des Ventilkörpers lässt sich das Gewicht des Rückschlagventils verringern. Zudem sinkt durch einen kleineren Ventilkörper auch der Druckverlust in Durchströmungsrichtung, da die Strömung beim Durchströmen des Rückschlagventils weniger stark umgelenkt wird.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dicke des Ventilkörpers größer ist als die Dicke des Ventilelements. Der Ventilkörper bildet für das anströmende Fluid einen Strömungswiderstand, weshalb dieser eine ausreichend große Stabilität aufweisen muss, um den wirkenden Kräften standzuhalten. Der Ventilkörper sorgt somit für eine ausreichende Stabilität des Rückschlagventils. Da das Ventilelement demgegenüber einen geringen Durchmesser aufweisen kann, sind auch die ohnehin nur bei einer Anströmung in Sperrrichtung auf das Ventilelement wirkenden Kräfte geringer, so dass das Ventilelement entsprechend dünner sein kann. Insgesamt lässt sich durch die verschiedenen Dicken das Gewicht und der erforderliche Bauraum des Rückschlagventils optimieren. Auch der Ventilkörper kann von scheibenförmiger Geometrie sein.
Im Hinblick auf die eingangs genannte Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rückschlagventils vorgeschlagen, wobei das Rückschlagventil in der vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet ist. Es ergeben die sich im Hinblick auf das Rückschlagventil bereits beschriebenen Vorteile.
Im Hinblick auf das Verfahren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn in einem ersten Schritt zunächst ein, insbesondere zylinderförmiger, Rohling bereitgestellt wird. Die Dicke des Rohlings kann der Summe der Dicken des Ventilelements und des Ventilkörpers entsprechen. Der Rohling kann aus Vollmaterial bestehen, insbesondere aus Kunststoff, bevorzugt aus PTFE. Der Rohling kann im Wesentlichen scheibenförmig sein. Der Rohling kann aus Stangenmaterial hergestellt sein, so dass insofern mehrere Rückschlagventile nacheinander produziert werden können. Das Stangenmaterial kann dafür in mehrere einzelne Rohlinge unterteilt werden.
In einem nächsten Schritt kann eine Schulter erzeugt werden, indem ein ringförmiger Abschnitt des Rohlings bis zu einer Bearbeitungsebene abgetragen wird. Der ringförmige Abschnitt kann durch ein spanendes Verfahren, insbesondere durch Drehen, abgetragen werden. Der abgetragene Abschnitt kann konzentrisch zur Längsachse des Rohlings angeordnet sein, so dass die Schulter entsprechend punktsymmetrisch umlaufend ausgestaltet ist und der entsprechend bearbeitete Rohling die Form von zwei aufeinander gestapelten Zylindern mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen kann. Der ringförmige Abschnitt kann aus einer ersten Richtung, insbesondere der Sperrrichtung, abgetragen werden. Die Bearbeitungsebene kann in Normalenrichtung zur Längsachse des Rohlings angeordnet sein und diesen in einen ersten Rohlingabschnitt und einen zweiten Rohlingabschnitt teilen. Aus dem ersten Rohlingabschnitt kann der Ventilkörper und aus dem zweiten Rohlingabschnitt kann das Ventilelement entstehen. Entsprechend der unterschiedlichen Dicken von Ventilkörper und Ventilelement kann somit auch die Bearbeitungsebene den Rohling nicht in zwei gleichgroße Abschnitte teilen und durch die Mitte verlaufen, sondern diese kann in Richtung des zweiten Rohlingabschnitts versetzt sein. Folglich kann der zweite Rohlingabschnitt schmaler als der erste Rohlingabschnitt sein.
In einem nächsten Schritt können in den ersten Rohlingabschnitt ein oder auch mehrere Durchlässe eingebracht, insbesondere eingefräst, werden. Die Durchlässe können lediglich den ersten Rohlingabschnitt durchdringen, nicht jedoch den zweiten Rohlingabschnitt. Insofern können die Durchlässe bis zur Bearbeitungsebene reichen. Die Durchlässe können aus einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung, insbesondere der Durchströmungsrichtung, in den Rohling bzw. in den ersten Rohlingabschnitt eingebracht werden. Die Fertigung der Schulter und der Durchlässe können aufgrund der Bearbeitung aus zwei verschiedenen Richtungen auch ohne Umspannen des Rohlings durchgeführt werden. Insofern lässt sich die Fertigungszeit reduzieren.
Schließlich hat es sich im Hinblick auf das Verfahren als vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste Rohlingabschnitt und der zweite Rohlingabschnitt in der Bearbeitungsebene teilweise getrennt, insbesondere teilweise spanfrei getrennt, werden. Vorzugsweise werden die beiden Rohlingabschnitte nicht komplett voneinander getrennt, sondern sie können in der Mitte in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden bleiben, so dass das fertige Rückschlagventil nur aus einer einzigen zusammenhängenden Baugruppe besteht.
Zur Trennung kann bspw. ein Schneidwerkzeug verwendet werden, mit welchem in der Bearbeitungsebene in den Rohling eingeschnitten wird. Da sich der oder die Durchlässe bis zur Bearbeitungsebene erstrecken können, kann durch das Trennen somit ein Durchgang durch den Rohling geschaffen werden und das Ventilelement kann durch das Fluid gegenüber dem Ventilkörper bewegt bzw. verformt werden.
Konkret kann mit einem Schneidwerkzeig in der Bearbeitungsebene in den Rohling eingeschnitten werden, wobei das Schneidwerkzeug jedoch nicht bis zur Mitte des Rohlings reicht. In einem nächsten Schritt kann dann der Rohling um seine Mittelachse gedreht werden oder das Schneidwerkzeug kann entsprechend um die Mittelachse des Rohlings gedreht werden, so dass in der Mitte des Rohlings ein Verbindungsbereich verbleibt, in welchen die beiden Rohlingabschnitte miteinander verbunden sind. Durch ein spanfreies Trennverfahren wird erreicht, dass eine zuverlässige Abdichtung in Sperrrichtung gewährleistet bleibt, da insofern gerade in dem für die Abdichtung relevanten Bereich kein Material verloren geht.
Wenn die beiden Rohlingabschnitte entsprechend voneinander getrennt sind, kann das Ventilelement durch das in Durchströmungsrichtung anströmende Fluid verformt werden, wodurch das Fluid das Rückschlagventil passieren kann. Das Rückschlagventil kann dann ein einem Strömungskanal eingesetzt werden.
Die oben genannten Schritte müssen nicht zwangsläufig in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise ist es auch möglich, zunächst die beiden Rohlingabschnitte in der Bearbeitungsebene teilweise voneinander zu trennen und den oder die Durchlässe dann erst später in den ersten Rohlingabschnitt einzubringen. Entsprechend kann auch der Schritt des Entfernens des ringförmigen Abschnitts erst nach dem Trennen und/oder nach dem Einbringen des oder der Durchlässe durchgeführt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Rückschlagventils exemplarisch zeigen, näher beschrieben werden. Darin zeigen:

1 ein Rückschlagventil in einer Draufsicht aus Durchströmungsrichtung;
2 das Rückschlagventil gemäß 1 in einer Seitenansicht, wobei das Ventilelement die Durchlässe abdichtet;
3 das Rückschlagventil gemäß 2, wobei das Ventilelement die Durchlässe freigibt;
4 verschiedene Schritte bei der Herstellung des Rückschlagventils.

Die Darstellung der 1 zeigt ein Rückschlagventil 100, welches in einem nicht mit dargestellten Strömungskanal angeordnet ist. Das Rückschlagventil 100 ist dazu in der Lage, eine Fluidströmung in einer Durchströmungsrichtung S1 weitestgehend ungehindert passieren zu lassen und die Fluidströmung in entgegengesetzter Richtung zu blockieren. Das Rückschlagventil 100 arbeitet dabei rein passiv und es wird weder eine Stromversorgung noch eine Steuerung benötigt. Nachfolgend soll nun zunächst der konstruktive Aufbau des Rückschlagventils 100 anhand der Darstellungen der 1 bis 3 beschrieben werden, bevor dann im Anschluss auf das Herstellungsverfahren eingegangen und dieses anhand der Darstellung der 4 näher erläutert wird.
Das Rückschlagventil 100 besteht im Wesentlichen aus zwei Elementen, nämlich einem Ventilkörper 1 und einem Ventilelement 3, wobei das Ventilelement 3 dafür sorgt, dass das Fluid das Rückschlagventil 100 nur in einer Richtung passieren kann. Der Ventilkörper 1 ist in konstruktiver Hinsicht an den freien Strömungsquerschnitt des Strömungskanals angepasst und dieser weist insofern eine scheibenförmige Geometrie auf, die den gesamten Querschnitt des Strömungskanals überspannt. Es ist insofern nicht möglich, dass Fluid im Strömungskanal an dem Ventilkörper 1 vorbeiströmt.
Damit das Fluid in Durchströmungsrichtung S1 durch den Ventilkörper 1 hindurchströmen kann, weist dieser zwei Durchlässe 2 auf, die in der Darstellung der 1 zu erkennen sind. Die beiden Durchlässe 2 weisen im weitesten Sinne jeweils die Form eines Halbkreises auf und diese sind spiegelbildlich zueinander angeordnet. Zwischen den beiden Durchlässen 2 ist ein Steg 1.2 vorgesehen, der die beiden Durchlässe 2 voneinander trennt und der sich quer zur Strömungsrichtung bzw. zur Längsrichtung des Strömungskanals erstreckt. Darüber hinaus weist der Ventilkörper 1 einen Ringabschnitt 1.1 auf, wobei der Steg 1.2 die beiden gegenüberliegenden Seiten des Ringabschnitts 1.1 miteinander verbindet, so wie dies in der 1 zu erkennen ist. Die Übergänge zwischen dem Steg 1.2 und dem Ringabschnitt 1.1 sind dabei verrundet, so dass entsprechend auch die Außenkontur der Durchlässe 2 verrundet ausgestaltet ist.
Das Ventilelement 3 ist nun derart angeordnet, dass es die Durchlässe 2 bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung S1 selbstständig freigibt und bei einer entgegengesetzten Anströmung in Sperrrichtung S2 sperrt und somit einen Durchfluss verhindert. In der Darstellung der 1 ist das Rückschlagventil 100 aus Durchströmungsrichtung S1 gezeigt und das Ventilelement 3 ist, wie anhand der gestrichelten Linien in der 1 ersichtlich, aus Sicht der Strömung hinter dem Ventilkörper 1 angeordnet.
Das Ventilelement 3 ist ebenfalls von scheibenförmiger Geometrie und ist als Dichtteller ausgestaltet. Dieses weist jedoch eine geringere Dicke als der Ventilkörper 1 auf, weshalb es auch flexibler ist und sich bei einer Anströmung leichter verformen lässt. Ferner ist der Durchmesser des Ventilelements 3 auch etwas kleiner als der des Ventilkörpers 1, so dass das Ventilelement 3 nicht bis an den Rand des Strömungskanals reicht, allerdings ausreichend ist, um die Durchlässe 2 zuverlässig zu verschließen. Das Ventilelement 3 liegt locker auf dem Ventilkörper 1 auf und ist lediglich im mittleren Bereich mit dem Ventilkörper 1 auf dessen der aus Durchströmungsrichtung S1 anströmenden Fluid gegenüberliegenden Seite verbunden. Der entsprechende Verbindungsbereich 3.1 ist bspw. in der Darstellung der 1 zu erkennen. Da das Ventilelement 3 lediglich im mittleren Bereich des länglichen Stegs 1.2 mit dem Ventilkörper 1 verbunden ist, kann es durch eine Anströmung in Durchströmungsrichtung S1 von den Durchlässen 2 angehoben werden und somit den Fluidfluss freigeben.
In der Darstellung der 2 ist zunächst gezeigt, wie das Ventilelement 3 flächig auf dem Ventilkörper 1 aufliegt und die beiden Durchlässe 2 verschließt. Bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung S1 verformt das anströmende Fluid das Ventilelement 3 im elastischen Bereich, so dass dieses von den Durchlässen 2 abgehoben und der Strömungsweg freigegeben wird. Da das Ventilelement 3 lediglich im mittleren Verbindungsbereich 3.1 mit dem Ventilelement 1 verbunden ist, wölbt es sich bei einer entsprechenden Anströmung, so wie dies in der Darstellung der 3 zu erkennen ist. Wenn das Ventilelement 3 entsprechend verformt ist, weist dieses im weitesten Sinne die Form einer um die Mittelachse des Rückschlagventils 100 rotierten Kurve auf.
Durch die Materialeigenspannung ist das Ventilelement 3 dazu bestrebt, seine flache Form einzunehmen und damit die Durchlässe 2 zu verschließen. Sobald daher das Rückschlagventil 100 nicht mehr in Durchströmungsrichtung S1 angeströmt wird, werden die Durchlässe 2 durch das Ventilelement 3 automatisch wieder verschlossen und das Ventilelement 3 liegt dann wieder flächig auf dem Ventilkörper 1 auf, so wie dies in der Darstellung der 2 gezeigt ist. Das Ventilelement 3 wirkt somit im Grunde ganz ähnlich wie eine Tellerfeder.
Eine Anströmung aus der Sperrrichtung S2 führt nicht zu einer Öffnung der Durchlässe 2. Vielmehr führt eine entsprechende Anströmung dazu, dass das Ventilelement 3 auf den Ventilkörper 1 und damit auch auf die Durchlässe 2 gedrückt wird, was die Dichtungswirkung insoweit noch verstärkt.
So wie dies nachfolgend anhand der 4 und des Herstellungsverfahrens des Rückschlagventils 100 noch näher erläutert werden wird, besteht das Rückschlagventil aus einem einzigen, einstückig zusammenhängenden Bauteil. Das Ventilelement 3 und der Ventilkörper 1 sind daher im Verbindungsbereich 1.3 einstückig miteinander verbunden.
Zur Herstellung des beschriebenen Rückschlagventils 100 wird zunächst einmal ein im Wesentlichen scheiben- bzw. zylinderförmiger Rohling 10 bereitgestellt, so wie dieser in der rechten Darstellung der 4 zu erkennen ist. Der Rohling 10 besteht dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus PTFE, welches sich gerade durch eine hohe chemische Beständigkeit auszeichnet.
Zunächst wird der Rohling 10 in eine Drehmaschine eingespannt und es wird ein ringförmiger Abschnitt abgedreht. Das Ergebnis dieses Schrittes ist in der mittleren Darstellung der 4 zu erkennen. Da der Rohling 10 dabei nicht komplett, sondern nur bis zu einer Bearbeitungsebene E abgedreht wird, entsteht durch diesen Verfahrensschritt eine umlaufende Schulter 11. Bei diesem Zwischenschritt entstehen insofern zwei aufeinander angeordnet und einstückig miteinander verbundene Scheiben unterschiedlicher Dicke. Diese beiden Scheiben werden auch als erster Rohlingabschnitt 10.1 und zweiter Rohlingabschnitt 10.2 bezeichnet. Da die Bearbeitungsebene E nicht genau mittig durch den Rohling 10 verläuft, sondern in Richtung des zweiten Rohlingabschnitts 10.2 versetzt angeordnet ist, weisen die beiden Rohlingabschnitte 10.1, 10.2 nicht dieselbe Dicke auf, sondern der Rohlingabschnitt 10.1 ist etwas dicker als der zweite Rohlingabschnitt 10.1.
So wie man sich dies anhand eines Vergleichs der mittleren Darstellung der 4 und der 1 bereits bei diesen Verfahrensschritt vorstellen kann, entspricht der erste Rohlingabschnitt 10.1 später einmal dem Ventilkörper 1 und der zweite Rohlingabschnitt 10.2 den Ventilelement 3.
In einem nächsten Schritt, der in der rechten Darstellung der 4 dargestellt ist, werden dann über ein Fräsverfahren die Durchlässe 2 in den Ventilkörper 1 bzw. in den ersten Rohlingabschnitt 10.1 gefräst. Der Fräser und das Drehwerkzeug greifen dabei von gegenüberliegenden Seiten an. Denn der ringförmige Abschnitt wird aus Sperrrichtung S1 abgedreht und die Durchlässe 2 werden aus Durchströmungsrichtung S1 eingefräst, so wie dies bei einem Vergleich der rechten Darstellung der 4 mit der 2 ersichtlich wird.
So wie dies vorstehend im Hinblick auf das Rückschlagventil 100 bereits erläutert wurde, durchdringen die Durchlässe 2 nicht das gesamte Rückschlagventil 100, sondern nur den Ventilkörper 1 bzw. den ersten Rohlingabschnitt 10.1. Da die Bearbeitungsebene E den Rohling 10 in den ersten Rohlingabschnitt 10.1 und den zweiten Rohlingabschnitt 10.2 teilt, erstrecken sich entsprechend auch die Durchlässe 2 nur bis zur Bearbeitungsebene E und nicht bis in den zweiten Rohlingabschnitt 10.2 hinein.
In einem letzten Schritt werden die beiden Rohlingabschnitte 10.1, 10.2 in der Bearbeitungsebene E derart voneinander getrennt, so dass das fertige Rückschlagventil 100 entsteht. Dafür wird mit einem Schneidwerkzeug in der Bearbeitungsebene E und damit im Grunde in radialer Richtung in den Rohling 10 eingeschnitten. Das Schneidwerkzeug wird dabei jedoch nur soweit eingeführt, dass in der Mitte die beiden Rohlingabschnitte 10.1, 10.2 miteinander verbunden bleiben, so wie dies vorstehend im Hinblick auf den in der 1 dargestellten Verbindungsbereich 3.1 bereits erläutert wurde. Durch Drehung des Rohlings 10 um die Mittelachse oder durch eine entsprechende Bewegung des Schneidwerkzeugs kann dann der zweite Rohlingabschnitt 10.2 vom ersten Rohlingabschnitt 10.1 im äußeren Bereich getrennt werden. Durch diese Trennung kann sich der zweite Rohlingabschnitt 10.2 bzw. das Ventilelement 3 bei einer Anströmung in Durchströmungsrichtung S1 verformen, abseits des Verbindungsbereichs 1.3 vom Ventilkörper 1 abgehoben werden und somit die Durchlässe 2 freigeben.
Bezugszeichenliste

1: Ventilkörper
1.1: Ringabschnitt
1.2: Steg
2: Durchlass
3: Ventilelement
3.1: Verbindungsbereich
10: Rohling
10.1: erster Rohlingabschnitt
10.2: zweiter Rohlingabschnitt
11: Schulter
100: Rückschlagventil
E: Bearbeitungsebene
S1: Durchströmungsrichtung
S2: Sperrrichtung

Claims

Rückschlagventil zur Anordnung in einem Strömungskanal mit einem mindestens einen Durchlass (2) aufweisenden Ventilkörper (1) und einem den Durchlass (2) bei einer Anströmung aus einer Durchströmungsrichtung (S1) selbstständig freigebenden und in einer Sperrrichtung (S2) selbstständig abdichtenden Ventilelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) und der Ventilkörper (1) einstückig miteinander verbunden sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (1) und der Ventilkörper (3) aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, bestehen.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (2) den Ventilkörper (1) durchdringt, so dass dieser durchströmbar ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (2) halbkreisförmig ausgestaltet ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) den Durchlass (2) abdichtend überlappt.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) als Dichtteller ausgestaltet ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) auf der der Durchströmungsrichtung (S1) abgewandten Seite des Ventilkörpers (1) angeordnet ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) zwei Durchlässe (2) aufweist.
Rückschlagventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Durchlässe (2) über einen Steg (1.2) voneinander getrennt sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) im Bereich des Stegs (1.2) mit dem Ventilkörper (1) verbunden ist.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1) einen den Steg (1.2) umgebenden Ringabschnitt (1.1) aufweist.
Rückschlagventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (3) nicht mit dem Ringabschnitt (1.1) verbunden ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilelements (3) geringer ist als der Durchmesser des Ventilkörpers (1) und dass die Dicke des Ventilkörpers (1) größer ist als die Dicke des Ventilelements (3).
Verfahren zur Herstellung eines Rückschlagventils (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines, insbesondere zylinderförmigen, Rohlings (10); - Erzeugen einer Schulter (11) durch Abtragen eines ringförmigen Abschnitts des Rohlings (10) bis zu einer Bearbeitungsebene (E), wobei die Bearbeitungsebene (E) den Rohling (10) in einen ersten Rohlingabschnitt (10.1) und einen zweiten Rohlingabschnitt (10.2) teilt; - Einbringen, insbesondere Einfräsen, von zumindest einem Durchlass (2) in den ersten Rohlingabschnitt (10.1): - Teilweises Trennen, insbesondere spanfreies Trennen, des ersten Rohlingabschnitts (10.1) und des zweiten Rohlingabschnitts (10.2) in der Bearbeitungsebene (E).