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Die
Erfindung betrifft ein Ventilglied für ein Quetschventil,
mit einer schlauchförmigen, einen Strömungskanal
umschließenden flexiblen Umfangswand, die durch externe
Beaufschlagung quer zur Ventilglied-Längsachse zusammenquetschbar
ist, um den Querschnitt des Strömungskanals zu verändern,
wobei sich die Umfangswand aus wenigstens drei in der Umfangsrichtung
der Umfangswand verteilten Wandsegmenten zusammensetzt, die in Gelenkbereichen
gelenkartig verformbar miteinander verbunden sind und je einen V-ähnlich
nach radial innen vorstehenden Kammabschnitt aufweisen, wobei die
Wandsegmente durch die externe Beaufschlagung aus einer Offenstellung
nach radial innen in eine den Strömungskanal verschließende
Schließstellung verformbar sind, in der sie mit ihren Innenflächen
dichtend aneinander anliegen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein mit einem solchen Ventilglied ausgestattetes
Quetschventil.
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Aus
der
US 2,573,712 ist
ein im vorgenannten Sinne ausgebildetes Ventilglied und Quetschventil
bekannt. Das Ventilglied hat eine schlauchförmige Umfangswand
mit zick-zack-förmiger Querschnittskontur, wobei die nach
innen ragenden Vorsprünge als Kammabschnitte bezeichenbar
sind, die sich dichtend aneinander anlegen, wenn die Umfangswand
durch externe fluidische Beaufschlagung radial zusammengequetscht
wird. Die Kammabschnitte sind V-förmig gestaltet, wobei
ihre spitz aufeinander zulaufenden Seitenflächen einen
als Kammwinkel bezeichenbaren Winkel einschließen, der
in einer den von der Umfangswand umgrenzten Strömungskanal
freigebenden Offenstellung größer ist als in der den
Strömungskanal verschließenden Schließstellung.
Somit bedarf es zum zuverlässigen Absperren des Strömungskanals
einer sehr hohen externen Druckbeaufschlagung, die die erforderliche
Verformung und Gestaltänderung der Kammabschnitte hervorruft.
Zwar kann auch mit geringeren Betätigungskräften
eine zuverlässige Abdichtung in der Schließstellung
erreicht werden, wenn in den Strömungskanal zentral ein
stabförmiges Kernelement eingesetzt wird, an das sich die
Klemmabschnitte anlegen können. Dies begrenzt jedoch den
in der Offenstellung zur Verfügung stellbaren Strömungsquerschnitt
und erfordert einen zusätzlichen Fertigungsaufwand.
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Aus
der
DE 10 2007
006 764 B3 ist ein Quetschventil bekannt, dessen Ventilglied
eine längliche Querschnittsform aufweist, so dass in der Schließstellung
lediglich zwei sich gegenüberliegende Wandabschnitte der
Umfangswand gegeneinander gedrückt werden. Die Umfangswand
wird also flach zusammengepresst. Dies führt zu einer Vergrößerung
der Querabmessungen in der Schließstellung, so dass es
nicht möglich ist, die Umfangswand von außen ringsum
abzustützen, was erstrebenswert wäre, um in der
Offenstellung eine hohe Innendruckbeaufschlagung zu ermöglichen
und dennoch, zu Gunsten einer Verringerung der auftretenden Zugspannungen,
auf geringe Wandstärken der Umfangswand zurückgreifen
zu können. Würde man um die Umfangswand herum
einen eng anliegenden Stützkörper platzieren,
wäre das radiale Verformungsvermögen der Umfangswand
eingeschränkt und letztere würde sich beim Zusammenquetschen
asymmetrisch krümmen, was eine erhöhte Belastung
und somit eine verringerte Lebensdauer zur Folge hätte.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventilglied und zugeordnetes
Quetschventil zu schaffen, bei dem das Ventilglied in Verbindung
mit reduzierter Beanspruchung ein optimiertes Verformungsverhalten
aufweist und auch bei geringen Betätigungskräften
eine zuverlässige Abdichtung in der Schließstellung
gewährleistet.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Ventilglied der eingangs
genannten Art vorgesehen, dass der von den beiden V-ähnlich
aufeinander zulaufenden Seitenflächen jedes Kammabschnittes eingeschlossene
Kammwinkel in der unbetätigten Offenstellung der Wandsegmente
zumindest im Wesentlichen dem Quotienten aus 360° und der
Anzahl der Kammabschnitte entspricht, derart, dass die Kammwinkel
in der Offenstellung zumindest im Wesentlichen gleich groß sind
wie in der Schließstellung.
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Die
Erfindung wird ferner gelöst durch ein Quetschventil, das über
ein Ventilgehäuse verfügt, in dem ein im vorgenannten
Sinne ausgebildetes Ventilglied angeordnet ist.
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Der
kritische Bereich hinsichtlich der Abdichtung in der Schließstellung
sind die Kontaktbereiche zwischen den einzelnen Kammabschnitten
im Zentrumsbereich des Strömungskanals. Durch die erfindungsgemäße
Auslegung wird erreicht, dass zur Herstellung des Dichtkontaktes
keine relevante Gestaltänderung der Kammabschnitte benötigt
wird. Die zum Hervorrufen der Schließstellung aufgebrachte externe
Beaufschlagung wird somit zum überwiegenden Teil zum Gegeneinanderpressen
der dem Strömungskanal zugewandten Innenflächen
der Wandsegmente genutzt, so dass schon eine verhältnismäßig
geringe Beaufschlagung ausreicht, um eine qualitativ hochwertige
Abdichtung in der Schließstellung zu gewährleisten,
und zwar insbesondere auch im zentralen Bereich, wo die Kammabschnitte
mit ihren Spitzen zusammentreffen.
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Da
die Umfangswand des Ventilgliedes beim Schließvorgang nicht
aufgeweitet wird, kann das Ventilglied problemlos mit einer umhüllenden
Stützhülse versehen werden, so dass selbst bei
geringer Wandstärke der Umfangswand eine hohe Druckfestigkeit
des Ventilgliedes erreicht werden kann. Das Ventilglied eignet sich
somit auch zur Steuerung von unter hohem Druck stehenden Medien.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Die
Umfangswand ist vorzugsweise so geformt, dass die sich zwischen
den Gelenkbereichen erstreckenden Wandsegmente beim Schließvorgang nach
innen gefaltet werden, ohne übermäßigen
Zugspannungen ausgesetzt zu werden. Vorzugsweise ist die Gestaltung
so gewählt, dass die Spitzen bzw. Abschlusskanten der Kammabschnitte
in der Offenstellung der Wandsegmente radial außerhalb
einer geraden Linie liegen, die die dem betreffenden Wandsegment
jeweils zugeordneten Gelenkbereiche miteinander verbindet.
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Zur
Minimierung der strukturellen Beanspruchung der Umfangswand ist
es ferner von Vorteil, wenn der radiale Abstand der Gelenkbereiche
vom Zentrum des Strömungskanals sich beim Betätigen des
Ventilgliedes nicht oder nur geringfügig verändert.
Der Abstand der Gelenkbereiche vom Zentrum des Strömungskanals
ist in der Schließstellung und in der Offenstellung also
zumindest im Wesentlichen gleich groß, wobei er in der
Regel bei Einnahme der Schließstellung geringfügig
kleiner ist als in der Offenstellung.
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Es
ist des Weiteren von Vorteil, wenn die in der Offenstellung in der
Umfangsrichtung der Umfangswand gemessene Länge der beiden
sich diesseits und jenseits an einen Kammabschnitt anschließenden
Segmentabschnitte jedes Wandsegmentes maximal dem radialen Abstand
zwischen den Gelenkbereichen und dem Zentrum des Strömungskanals
entspricht. Dadurch wird wirksam verhindert, dass der Querschnitt
des Ventilgliedes im Bereich der Umfangswand während des
Schließvorganges zu einer Vergrößerung
tendiert.
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Als
besonders vorteilhaft für das Verformungsverhalten der
Wandsegmente wird angesehen, wenn die sich zwischen den Kammabschnitten und
dem jeweils benachbarten Gelenkbereich erstreckenden Wandabschnitte
der Wandsegmente, in der Offenstellung betrachtet, jeweils einen
abwechselnd konvex und konkav geschwungenen Verlauf aufweisen. Vorzugsweise
schließt sich an jeden Klemmabschnitt zunächst
ein konvex nach radial außen ausgewölbter erster
Wandabschnitt an, auf den unmittelbar ein konkav nach innen eingewölbter
zweiter Wandabschnitt folgt, der in den Gelenkbereich übergeht.
Insbesondere auf diese Weise ist es möglich, die Umfangswand
gezielt in druckstabile und drucklabile bzw. weniger druckstabile
Bereiche zu unterteilen, um eine gezielte Verformung der Wandsegmente beim
Aufbringen der externen Beaufschlagung zu bewirken. Die lokale Druckstabilität
der Wandabschnitte hängt dabei von der lokalen Krümmung
der Wandung ab. Abschnitte mit einem gegenüber dem Nenndurchmesser
des Ventilgliedes größeren Krümmungsradius
besitzen bei gleicher Wandstärke eine geringere Druckstabilität
als Bereiche, die einen kleineren Krümmungsradius aufweisen.
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Eine
optimale Abdichtung in der Zone der Gelenkbereiche wird dadurch
begünstigt, dass man die Wandsegmente in den Gelenkbereichen über eine
radial innenliegende, axial verlaufende Knicklinie ineinander übergehen
lässt. Somit können sich die Wandsegmente beim
nach innen Falten ausgehend von den Gelenkbereichen quasi aneinander
abwälzen und dicht aneinander anlegen.
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Als
besonders günstig wird eine dahingehende Formgebung angesehen,
dass sich die Umfangswand beim Schließvorgang sternförmig
zusammenlegt. Mit anderen Worten wird also erreicht, dass die Umfangswand
in der Schließstellung einen sternförmigen Querschnitt
einnimmt. Zweckmäßigerweise liegen die Kammabschnitte
der einzelnen Wandsegmente in der Schließstellung im Zentrum
des sternförmigen Querschnittes, während die nach
außen ragenden „Zacken" des sternförmigen
Querschnittes jeweils von den dichtend aneinander anliegenden Wandabschnitten
jeweils in Umfangsrichtung benachbarter Wandsegmente gebildet werden.
Außerhalb des Ventilgliedes verbleiben hierbei zwischen
in Umfangsrichtung jeweils benachbarten Zacken freie Zwischenräume,
die bei fluidischer Betätigung des Ventilgliedes eine optimale
externe Beaufschlagung der Wandsegmente und ein Zusammendrücken
mit hoher Flächenpressung gewährleisten. Dadurch kann
mit moderaten Betätigungsdrücken selbst bei hohen
Drücken des zu steuernden Mediums ein zuverlässig
dichtes Absperren des Strömungskanals erreicht werden,
und zwar auch dann schon, wenn die Kammwinkel der Wandsegmente in
der Offen- und Schließstellung voneinander abweichen würden.
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Ein
mit dem Ventilglied ausgestattetes Quetschventil kann in vorteilhafter
Weise mit einer das Ventilglied umschließenden Stützhülse
ausgestattet sein. Die Innenfläche der Stützhülse – letztere kann
sich beispielsweise aus mehreren längsseits aneinander
angesetzten Schalenelementen zusammensetzen – bildet eine
Stützfläche, die entsprechend der Außenkontur
der Umfangswand des unbetätigten Ventilgliedes konturiert
ist, so dass die schlauchförmige Umfangswand des Ventilgliedes
in der Offenstellung ringsum radial abgestützt ist, insbesondere über
ihre gesamte Länge hinweg.
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Aus
derzeitiger Sicht ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft,
bei der sich die flexible Umfangswand des Ventilgliedes aus lediglich
drei mit je einem Kammabschnitt versehenen Wandsegmenten zusammensetzt.
Die Kammwinkel betragen in diesem Fall jeweils 120°. Allerdings
lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip
auch mit einer größeren Anzahl von radial verformbaren
Wandsegmenten verwirklichen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. Illustriert ist darin ein Quetschventil bevorzugten
Aufbaus, das mit einem ebenfalls in vorteilhafter Weise ausgestalteten
Ventilglied ausgestattet ist. Im einzelnen zeigen:
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1 eine
Seitenansicht des beispielhaften Quetschventils,
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2 eine
Draufsicht auf das Quetschventil mit Blickrichtung gemäß Pfeil
II aus 1,
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3 eine
Stirnansicht des Quetschventils mit Blickrichtung gemäß Pfeil
III aus 1, wobei das Ventilglied in
der Offenstellung gezeigt ist,
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4 die
gleiche Stirnansicht wie in 3, jedoch
mit in die Schließstellung umgeschaltetem Ventilglied,
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5 einen
Längsschnitt durch das die Offenstellung einnehmende Quetschventil
gemäß Schnittlinie V-V aus 3,
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6 einen
Querschnitt durch das Quetschventil aus 5 gemäß der
dortigen Schnittlinie VI-VI, wobei strichpunktiert die Gestalt der
flexiblen Umfangswand bei Einnahme der Schließstellung
gezeigt ist,
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7 einen
Querschnitt durch das Quetschventil gemäß Schnittlinie
VII-VII aus 4 in der Schließstellung,
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8 einen
Querschnitt durch das Quetschventil gemäß Schnittlinie
VIII-VIII aus 7,
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9 eine
perspektivische Einzeldarstellung des bei dem Quetschventil verwendeten
Ventilgliedes, und
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10 eine
Seitenansicht des in 9 abgebildeten Ventilgliedes.
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Das
mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Quetschventil verfügt über
ein Ventilgehäuse 2, das bevorzugt mehrteilig
ausgebildet ist und sich beim Ausführungsbeispiel aus einem
rohrförmigen Gehäusehauptteil 3 und zwei
an den beiden Stirnseiten des Gehäusehauptteils 3 befestigten
Gehäusedeckeln 4 zusammensetzt. Das Ventilgehäuse 2 umschließt
einen Aufnahmeraum 5, in dem ein längliches, über
flexible Eigenschaften verfügendes Ventilglied 6 aufgenommen
ist. Die zentral verlaufende Längsachse 7 des
Ventilgliedes 6 fällt mit der mittigen Längsachse des
Gehäusehauptteils 3 zusammen.
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Das
Ventilglied 6 enthält einen von einer flexiblen
Umfangswand 8 gebildeten schlauchförmigen Längenabschnitt,
der an seinen beiden Stirnseiten einstückig in je einen
radial abstehenden, ringförmigen Befestigungsflansch 12 übergeht.
Das Ventilglied 6 ist somit koaxial von einem Hohlraum
durchsetzt, der im mittleren Bereich von der flexiblen Umfangswand 8 und
in den Endbereichen von den Befestigungsflanschen 12 umgrenzt
ist und einen Strömungskanal 13 bildet.
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Jeder
Gehäusedeckel 4 ist axial von einem Fluidkanal 14 durchsetzt.
Das Ventilglied 6 ist mit seinen Befestigungs flanschen 12 derart
fest an die innere Stirnfläche des jeweils zugeordneten
Gehäusedeckels 4 angedrückt, dass sich
eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Strömungskanal 13 und
jedem Fluidkanal 14 einstellt.
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An
jeden Fluidkanal 14 kann eine weiterführende Fluidleitung
angeschlossen werden. Über diese kann ein durch das Quetschventil 1 zu
steuerndes Medium zu- und abgeführt werden. In der Offenstellung
des Quetschventils 1 tritt das Medium durch den einen Fluidkanal 14 hindurch
in den Strömungskanal 13 ein und tritt durch den
anderen Fluidkanal 14 hindurch wieder aus dem Quetschventil 1 aus.
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In
den Aufnahmeraum 5 mündet ein die Wandung des
Ventilgehäuses 2 durchsetzender Betätigungskanal 15 ein. Über
ihn lässt sich ein vorzugsweise pneumatisches Betätigungsfluid
einspeisen und abführen, das sich innerhalb des Aufnahmeraumes 5 um
das Ventilglied 6 herum verteilt und von radial außen
her auf die Außenfläche der flexiblen Umfangswand 8 einwirkt.
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Im
drucklosen Zustand des Aufnahmeraumes 5 nimmt das Ventilglied 6 die
aus 3, 5 und 6 ersichtliche
Offenstellung ein. Die Umfangswand 8 ist hier maximal aufgeweitet
und stellt dem zu steuernden Medium den maximal möglichen Querschnitt
des Strömungskanals 13 zum Hindurchströmen
durch das Ventilglied 6 zur Verfügung. Bei dem
in seiner Strömung zu steuernden Medium handelt es sich
beispielsweise um ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Granulat,
ein Pulver, ein Stoffgemisch oder ein sonstiges fließfähiges
Medium.
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Durch
Erhöhung des im Aufnahmeraum 5 herrschenden Betätigungsdruckes
des Betätigungsfluides lässt sich eine direkte
externe fluidische Beaufschlagung der flexiblen Umfangswand 8 hervorrufen,
die zur Folge hat, dass die flexible Umfangswand 8 quer
zur Längsachse 7 des Ventilgliedes 6 zusammengequetscht
wird. Hierbei wird der Querschnitt des Strömungskanals 13 verringert.
Durch Variation des Betätigungsdruckes ist eine beliebige
Variation des Strömungsquerschnittes möglich,
um die Durchflussrate des zu steuernden Mediums nach Bedarf vorzugeben.
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Im
maximal zusammengequetschten Zustand der Umfangswand 8 ist
der Mediendurchgang durch den Strömungskanal 13 abgesperrt,
es liegt dann die Schließstellung des Ventilgliedes 6 vor.
Die flexible Umfangswand 8 liegt in dieser Schließstellung
mit Abschnitten ihrer Innenfläche so aneinander an, dass
jeglicher Durchgang versperrt ist. Die 4, 7 und 8 zeigen
das Ventilglied 6 in der auf diese Weise eingestellten
Schließstellung.
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Das
Aufweiten der Umfangswand 8 in die Offenstellung geschieht
prinzipiell selbsttätig auf Grund der vorzugsweise gummielastischen
Eigenschaften der flexiblen Umfangswand 8. Als Material
für die Umfangswand 8 und vorzugsweise für
das gesamte, zweckmäßigerweise einstückig
ausgebildete Ventilglied 6 wird zweckmäßigerweise
ein Elastomermaterial verwendet, das bezüglich dem zu steuernden
Medium die erforderliche Beständigkeit aufweist. Jedenfalls
wirkt aber auch der Druck des zu steuernden Mediums im Öffnungssinne
gegen die Innenfläche der Umfangswand 8 und drückt
diese in die Offenstellung zurück, wenn der Betätigungsdruck
entsprechend reduziert wird.
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Die
Zu- und Abfuhr des Betätigungsfluides wird über
eine nicht weiter abgebildete Steuerventileinrichtung gesteuert,
die an das Ventilgehäuse 2 angebaut oder auch
extern platziert sein kann.
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Die
flexible Umfangswand 8 verfügt über eine
besonders vorteilhafte Gestaltung. In der Offenstellung betrachtet,
besteht sie beim Ausführungsbeispiel aus drei in der durch
einen Doppelpfeil 15 verdeutlichten Umfangsrichtung der
Umfangswand 8 gleichmäßig verteilten
Wandsegmenten 16, die in als Gelenkbereiche 17 bezeichneten Übergangsbereichen
einstückig unmittelbar ineinander übergehen. Jeder
Gelenkbereich 17 verbindet also jeweils zwei in der Umfangsrichtung 15 aufeinanderfolgende
Wandsegmente 16, so dass beim Ausführungsbeispiel
drei solcher Gelenkbereiche 17 vorhanden sind.
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Die
Wandsegmente 16 sind untereinander identisch gestaltet.
In den Gelenkbereichen 17 sind sie relativ zueinander gelenkartig
verformbar, derart, dass sie relativ zueinander verschwenkbar sind,
wobei sich die imaginäre Schwenkachse in den Gelenkbereichen 17 parallel
zu der Längsachse 7 erstreckt.
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Das
Ventilglied 6 ist so geformt, dass es im unbelasteten und
unbeaufschlagten Zustand die Offenstellung einnimmt, die man auch
nochmals aus 9 und 10 ersehen
kann. Die flexible Umfangswand 8 hat hier die Gestalt eines
unverformten Schlauches oder Rohres, wobei allerdings die Querschnittskontur
der Umfangswand nicht kreisförmig oder sonstwie stetig
verläuft, sondern eine spezielle Formgebung aufweist.
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Jedes
Wandsegment 16 besitzt, in der Offenstellung und im Querschnitt
betrachtet, im mittleren Bereich seiner Umfangslänge einen
als Kammabschnitt 18 bezeichneten, nach radial innen vorspringenden
Wandabschnitt. Jeder Kammabschnitt 18 hat eine von seiner
Spitze gebildete Abschlusskante 22, die sich parallel zu
der Längsachse 7 erstreckt und dem Strömungskanal 13 zugewandt
ist.
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Jeder
Kammabschnitt 18 unterteilt das zugeordnete Wandsegment 16 gedanklich
in zwei Segmentabschnitte 16a, 16b, die sich zwischen
dem Kammabschnitt 18 und jeweils einem der beiden dem Wandsegment 16 zugeordneten
Gelenkbereichen 17 erstrecken. Jeder Kammabschnitt 18 ist
also quasi über zwei Segmentabschnitte 16a, 16b an
zwei in der Umfangsrichtung 15 beabstandeten Gelenkbereichen 17 nachgiebig
aufgehängt.
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Die
Gelenkbereiche 17 sind wulstartig nach radial außen
vorspringend ausgebildet. Sie äußern sich daher
in der Außenansicht gemäß 9 und 10 als
sich in Längsrichtung des Ventilgliedes 6 erstreckende
rippenförmige Erhebungen 23. Sie enden im Übergangsbereich
zu den stirnseitigen Befestigungsflanschen 12.
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Genauer
gesagt sind die Gelenkbereiche 17 dadurch realisiert, dass
die flexible Umfangswand 8 an der fraglichen Stelle einen
wulstartig nach außen ausgewölbten Verlauf hat,
und zwar mit einem relativ kleinen Krümmungsradius. Dies
hat auch zur Folge, dass die Gelenkbereiche 17 Bereiche
mit erhöhter Verformungs- bzw. Druckstabilität
definieren. Sie wirken quasi wie Versteifungsrippen.
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Die
Radien in den übrigen Wandabschnitten der Umfangswand 8 sind
größer gewählt. Diese Wandabschnitte
sind deshalb weni ger steif und neigen bei externer Druckbeaufschlagung
viel schneller zu einer radialen Verformung als die Gelenkbereiche 17.
Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einer Erhöhung
des außen auf die Umfangswand 8 einwirkenden Betätigungsdruckes
die Gelenkbereiche 17 ihre radiale Position zumindest im
Wesentlichen beibehalten und sich nur die Wandsegmente 16 in
relevanter Weise radial verformen. Aus einem Vergleich der 6 und 8 ergibt
sich, dass sich die Gelenkbereiche 17 in der Schließstellung
des Ventilgliedes 6 nur geringfügig bezüglich
der in der Offenstellung eingenommenen Position nach radial innen
in Richtung zu der das Zentrum des Strömungskanals 13 definierenden
Längsachse 7 verlagert haben.
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Beim
Schließvorgang falten sich die Wandsegmente 16 nach
innen in Richtung zum Zentrum des Strömungskanals 13,
wobei sie sich in den Gelenkbereichen 17 relativ zueinander
verschwenken. Die Kammabschnitte 18 führen dabei
eine radiale Bewegung 24 in Richtung zum Zentrum des Strömungskanals 13 aus,
ohne dass sich der im Folgenden als Kammwinkel 25 bezeichnete
Winkel ändert, den die V-förmig auf die Abschlusskante 22 zulaufenden
Seitenflächen 26 eines jeden Kammabschnittes 18 einschließen.
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Dies
hat zur Folge, dass sich die Kammabschnitte 18 beim Erreichen
des Zentrums des Strömungskanals 13 mit ihren
Seiten flächen 26 bündig aneinander anlegen
können, ohne dass es einer sich auf den Kammwinkel 25 auswirkenden
Verformung der Kammabschnitte 18 bedürfte. Der
vorhandene Fluiddruck kann also in vollem Umfang genutzt werden,
um die zum Erhalt einer sicheren Abdichtung erforderliche Flächenpressung
aufzubauen und wird nicht zur strukturellen inneren Verformung der
Klemmabschnitte 18 vergeudet.
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Bei
der radialen Bewegung 24 der Kammabschnitte 18 schwenken
die den Kammabschnitt 18 tragenden Segmentabschnitte 16a, 16b eines
jeweiligen Wandsegmentes 16 um den jeweils zugeordneten
Gelenkbereich 17 nach innen (siehe Pfeile 27),
bis letztlich die jeweils am gleichen Gelenkbereich 17 aufgehängten
Segmentabschnitte 16a, 16b mit ihren Innenflächen
unter Abdichtung flächig aneinander zur Anlage gelangen.
Die sich hierbei ausbildende großflächige Berührzone,
die insbesondere in einer Radialebene verläuft, ist in
der Zeichnung bei 28 angedeutet.
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Die
Schnittebene der 7 fällt unterhalb der
Längsachse 7 mit der dortigen Berührzone 28 zusammen,
wobei sie in 7 durch eine Kreuzschraffur
verdeutlicht ist.
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Auf
Grund des geschilderten Verformungsverhaltens ergibt sich in der
Schließstellung ein aus 6 und 8 ersichtlicher sternförmiger
Querschnitt der flexiblen Umfangswand 8. Im Zentrum dieses
sternförmigen Querschnittes sind die unmittelbar aneinander
anliegenden Kammabschnitte 18 angeordnet, während
die „Zacken" des sternförmigen Querschnittes jeweils
von den dichtend aneinander anliegenden Segmentabschnitten 16a, 16b der
jeweils benachbarten Wandsegmente 16 gebildet sind, die
radial nach außen ragen. Im Bereich des Außenumfanges
der Umfangswand 8 hat sich hierbei zwischen jedem Paar
aufeinanderfolgender „Zacken" ein Freiraum 32 ausgebildet,
in dem sich das Betätigungsfluid ausbreitet und auf diese
Weise vollflächig auf die Außenflächen
der Segmentabschnitte 16a, 16b einwirken kann.
Diese werden daher in der Berührzone 28 mit hoher
Kraft gegeneinandergepresst.
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Die
Kammwinkel 25 entsprechen vorzugsweise sowohl in der Offenstellung
als auch in der Schließstellung zumindest im Wesentlichen
dem Quotienten aus 360° und der Anzahl der Kammabschnitte 18.
Im Hinblick auf die beim Ausführungsbeispiel vorhandene
Dreizahl von Kammabschnitten 18 betragen die Kammwinkel 25 folglich
je 120°.
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Ersichtlich
verringern sich die Kammwinkel 25 mit zunehmender Anzahl
von Wandsegmenten 16. So würde der Kammwinkel
bei einer fünf Wandsegmente 16 aufweisenden Umfangswand 8 jeweils 72° betragen.
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Vorzugsweise
ist der Wandverlauf innerhalb der Wandsegmente 16 so gewählt,
dass die Abschlusskante bzw. Spitze 22 jedes Kammabschnittes 18 – bei
Einnahme der Offenstellung – mit Abstand radial außerhalb
einer gedachten geraden Verbindungslinie 33 liegt, die
die dem gleichen Wandsegment 16 zugeordneten Gelenkbereiche 17 miteinander
verbindet. In 6 ist eine solche Verbindungslinie 33 strichpunktiert
angedeutet, wobei ersichtlich ist, dass die Längsachse 7 und
mithin das Zentrum des Strömungskanals 13 radial
innerhalb und die Abschlusskante 22 radial außerhalb
der Verbindungslinie 33 liegt. Beim Übergang in
die Schließstellung durchquert die Abschlusskante 22 die
Verbindungslinie 33 und fällt schließlich,
in der Schließstellung, mit der Längsachse 7 zusammen.
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Um
das geschilderte Verformungsverhalten zu gewährleisten,
hat es sich als optimal erwiesen, für die Segmentabschnitte 16a, 16b einen
abwechselnd konvex und konkav geschwungenen Verlauf in der Umfangsrichtung 15 zu
wählen. Vorzugsweise schließt sich an jeden Kammabschnitt 18 zunächst ein
konvex nach radial außen ausgewölbter erster Wandabschnitt 34 an,
auf den ein konkav nach innen eingewölbter zweiter Wandabschnitt 35 folgt,
der mit seiner konkaven Wölbung in den sich anschließenden
Gelenkbereich 17 übergeht. Da somit in den Gelenkbereichen 17 jeweils
zwei nach außen strebende zweite Wandabschnitte 35 aufeinandertreffen,
stellt sich an der In nenoberfläche der Gelenkbereiche 17 jeweils
eine zur Längsachse 7 parallele Knicklinie 36 ein,
in der die Innenflächen der aufeinandertreffenden zweiten
Wandabschnitte 35 wie in einem Falz zusammentreffen. Die
Knicklinie 36 repräsentiert quasi den Grund einer
rinnenförmigen bzw. V-förmigen Vertiefung, die
von den im Gelenkbereich 17 zusammentreffenden Wandabschnitten
der benachbarten Wandsegmente 16 begrenzt wird.
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Wenn
sich die Wandsegmente 16 nach radial innen verlagern, wälzen
sich die aneinander angrenzenden zweiten Wandabschnitte 35 ausgehend
von der Knicklinie 36 aneinander ab, wobei sich allmählich
von radial außen nach radial innen die Berührzone 28 ausbildet.
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Die
in der Umfangsrichtung 15 gemessene Länge der
Segmentabschnitte 16a, 16b entspricht trotz ihrer
wellenförmigen Querschnittskontur maximal dem in der Offenstellung
zwischen dem Zentrum des Strömungskanals 13 und
den Gelenkbereichen 17 gemessenen radialen Abstand. Dadurch
kann ein Stauchen der Segmentabschnitte 16a, 16b und eventuelle
Unebenheiten in der Berührzone 28 vermieden werden.
Die genannte Länge ist zweckmäßigerweise
gleich groß oder geringfügig kleiner als der genannte
radiale Abstand.
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Bei
der Verformung zwischen der Offenstellung und der Schließstellung überschreitet
die Umfangswand 8 mit ihrer Außenkontur nicht
die in der Offenstellung vorliegende Außenkonturlinie.
Dies hat den Vorteil, dass koaxial um zumindest die flexible Umfangswand 8 herum
eine aus einem starren Material bestehende und bezüglich
dem Ventilgehäuse 2 ortsfeste Stützhülse 37 angeordnet
werden kann, deren Innenfläche eine Stützfläche 38 bildet,
deren Querschnittskontur der vorgenannten Außenkonturlinie
der in Offenstellung befindlichen Umfangswand 8 entspricht.
Somit wird die flexible Umfangswand 8 in der Offenstellung
ringsum und vorzugsweise auch zumindest über ihre gesamte
Länge durch die Stützfläche 38 radial
abgestützt. Selbst wenn daher für die Umfangswand 8 zugunsten
einer leichten Verformbarkeit eine verhältnismäßig
dünne Wandstärke gewählt wird, wird somit
ein unkontrolliertes Aufblähen der Umfangswand 8 selbst
in Fällen verhindert, in denen das zu steuernde Medium
einen sehr hohen Druck aufweist.
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Dementsprechend
ist die Stützfläche 38 dahingehend konturiert,
dass sie in den den Gelenkbereichen 17 zugeordneten Bereichen
jeweils eine nutartige Vertiefung 46 aufweist, an die sich
in der Umfangsrichtung 15 beidseits zunächst ein
konvexer Flächenabschnitt 47 und dann ein konkaver
Flächenabschnitt 48 anschließt, wobei
der konkave Flächenabschnitt 48 in einen V-ähnlich
konturierten, nach innen ragenden Radial vorsprung 52 übergeht,
an dem in der Offenstellung jeweils ein Kammabschnitt 18 mit seiner
Außenflächen anliegt.
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Die
Stützhülse 37 ist beim Ausführungsbeispiel
im Aufnahmeraum 5 platziert und stützt sich ihrerseits über
eine sie koaxial umgebende Zwischenhülse 42 radial
bezüglich dem Gehäusehauptteil 3 ab.
Die Zwischenhülse 42 kann als Sicherungshülse fungieren,
wenn die Stützhülse 37 längs
geteilt ist und sich aus mehreren schalenförmigen Hülsensegmenten
zusammensetzt, die von radial außen her an das Ventilglied 6 angesetzt
sind und gemeinsam die Stützhülse 37 bilden.
Letzteres ist beim Ausführungsbeispiel der Fall, wobei
man in der Zeichnung bei 43 die radiale Trennebene zwischen
den Schalenkörpern 37a, 37b ersehen kann.
Ein oder mehrere die Wandung der Stützhülse 37 durchsetzende
Verbindungskanäle 44 stellen eine Fluidverbindung
zwischen dem die flexible Umfangswand 8 aufnehmenden Innenraum 45 der
Stützhülse 37 und dem sich um die Stützhülse 37 herum
erstreckenden Abschnitt des Aufnahmeraumes 5 her, so dass
das Betätigungsfluid problemlos auf die Außenfläche
der flexiblen Umfangswand 8 einwirken kann.
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Abweichend
vom Ausführungsbeispiel könnte die Betätigungskraft
zum Öffnen und Schließen des Ventilgliedes 6 auch
mechanisch, insbesondere durch radial verstellbare Beaufschla gungskörper,
auf die flexible Umfangswand 8 aufgebracht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2573712 [0003]
- - DE 102007006764 B3 [0004]