DE202010010502U1 - Federelement - Google Patents

Abstract

Federvorrichtung (9) für ein Ventil (10) mit einem Träger (13) und
mindestens einem von dem Träger (13) abgesetzten, sich länglich ausgedehnt erstreckenden Federelement (3),
wobei das Federelement einen Federabschnitt (4) und einen Kontaktabschnitt (5) aufweist, wobei der Federabschnitt (4) eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, wobei der Kontaktabschnitt (5) im Betrieb mit einem Schließkörper (7, 17) des Ventils (10) zum wechselseitigen Austausch von Kräften in Eingriff bring bar ist und
wobei der Federabschnitt (4) in einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung federelastisch verbiegbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federvorrichtung für ein Ventil sowie ein Ventil mit einer solchen Federvorrichtung.
• Derartige Federvorrichtungen werden zum Rückführen des Schließkörpers eines Ventils in die jeweilige Ausgangslage verwendet. Insbesondere zylindrische Schraubendruckfedern und Schraubenzugfedern werden als Andrück-, Ausrück- und Rückführfedern in Ventilen eingesetzt. Allen hier zugrunde gelegten Federelementen ist gemeinsam, dass sie zum Verschließen einer Ventilöffnung einen Schließkörper in die Durchlassöffnung bzw. gegen einen Ventilsitz pressen. Dabei wird der Strom des durch die Ventilöffnung strömenden Fluids unterbunden bzw. reduziert. Übersteigt die Kraft des an den Schließkörper anstehenden Fluids die Kraft der Feder, so wird der Schließkörper gegen die Feder gedrückt, die Feder verformt sich und der Ventildurchlass wird freigegeben.
• Nachteilig ist dabei, dass die Feder ein zusätzliches Bauteil darstellt, welches einen größeren Herstellungsaufwand und damit verbunden höhere Kosten bedingt. Die im Stand der Technik häufig verwendeten Metallfedern weisen den weiteren Nachteil auf, dass sie korrosionsanfällig sind. Eine durch Korrosion beschädigte Metallfeder verliert jedoch ihre federelastischen Eigenschaften und wird so auf Dauer unbrauchbar.
• Vor dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Federvorrichtung bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, die einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe chemische Beständigkeit aufweist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Federvorrichtung für ein Ventil mit einem Träger und mindestens einem von dem Träger abgesetzten, sich länglich ausgedehnt erstreckenden Federelement, wobei das Federelement einen Federabschnitt und einen Kon taktabschnitt aufweist, wobei der Federabschnitt eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, wobei der Kontaktabschnitt im Betrieb mit einem Schließkörper das Ventil zum wechselseitigen Austausch von Kräften in Eingriff bringbar ist und wobei der Federabschnitt in einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung federelastisch verbiegbar ist.
• Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter der Haupterstreckungsrichtung diejenige Richtung mit der größeren räumlichen Ausdehnung des Federelementes verstanden. Die Haupterstreckungsrichtung des Federelementes ist zumeist im Wesentlichen parallel zur Durchlassrichtung des Ventils angeordnet. Insbesondere ist die Haupterstreckungsrichtung des Federelementes meist senkrecht zum Träger ausgerichtet. Das Federelement weist in einer Ausführungsform insbesondere eine Länge auf, die deutlich größer ist als seine Breite und Tiefe. In diesem Fall ist die durch die Länge des Federelements definierte Richtung die Haupterstreckungsrichtung des Federelements.
• Eine von der Haupterstreckungsrichtung besonders bevorzugte abweichende Richtung, in die der Federabschnitt federelastisch verbiegbar ist, ist eine Richtung die im wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung ist. Weiter ist im Sinne der vorliegenden Erfindung davon auszugehen, dass mit einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung, all die Richtungen angesprochen sind, die unter einem Winkel von 0° von der Haupterstreckungsrichtung abweichen.
• Eine solche Federvorrichtung kann in einem Ventil dazu verwendet werden, um einen Schließkörper auf einen Ventilsitz zu pressen, wobei der Ventilsitz eine Öffnung aufweist, durch die ein Fluid hindurchströmen kann. Ist die Durchgangsöffnung durch den Schließkörper verschlossen, so übt das anstehende Fluid eine Kraft auf den Schließkörper aus. Übersteigt die Kraft des anstehenden Fluids die Kraft des Federelements, so verformt sich das Federelement in einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung und der Schließkörper gibt die Durchgangsöffnung frei.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Federelement einen in der Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Steg auf, an dessen einen Ende der Träger und an dem anderen Ende der Kontaktabschnitt angeordnet sind. Ein Steg im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet einen Abschnitt des Federelementes, der gegenüber dem Träger und vor allem gegenüber dem Kontaktabschnitt abgesetzt ist.
• Eine Ausführungsform weist einen Kontaktabschnitt mit einer Kontaktfläche auf, wobei sich die Kontaktfläche zumindest abschnittsweise in einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung erstreckt, wobei die Kontaktfläche zum wechselseitigen Austausch von Kräften mit einem Schließkörper vorgesehen ist. Mit Vorteil ist in einer Ausführungsform die Kontur der mit dem Schließkörper in Eingriff bringbaren Kontaktfläche konkav gekrümmt und vorzugsweise kugelsegmentförmig ausgestaltet. Durch die konkav gekrümmte bzw. kugelsegmentförmig ausgestaltete Kontaktfläche ist es möglich, dass der Schließkörper, insbesondere wenn er einen kugelförmigen Abschnitt aufweist oder eine Kugel ist, durch die Verformung des Federelementes ohne zusätzliche Führung auf den Ventilsitz zubewegt werden kann.
• Damit die Federvorrichtung vielseitig einsetzbar ist, ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, dass sie aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PEEK (Polyetheretherketon) gefertigt ist. Kunststoffe weisen eine hohe chemische Beständigkeit auf und können daher insbesondere in Verwendungen mit aggressiven Medien benutzt werden.
• Damit der Schließkörper die Durchlassöffnung zuverlässig verschließen kann, ist es erforderlich, dass der Schließkörper beim Rückführen exakt in die vorbestimmte Endposition bewegt wird. Nur wenn der Schließkörper sich auf seiner vorbestimmten Position befindet, verschließt die Kontur des Schließkörpers die Durchlassöffnung zuverlässig. Aus diesem Grund sind bei Ausführungsformen aus dem Stand der Technik Führungsmechanismen für den Schließkörper vorgesehen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Federvorrichtung eine Mehrzahl von Federelementen auf, die radialsymmetrisch an dem Träger angeordnet sind. Durch die radialsymmetrisch angeordneten Federelemente kann ein Schließkörper, der sich zumindest abschnittsweise innerhalb des von den Federelementen definierten Radius befindet, zentriert werden. Durch diese Ausrichtung entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Führung für den Schließkörper. Vorteilhafterweise kann somit auf eine zusätzliche Führung für den Schließkörper verzichtet werden.
• Die erfindungsgemäße Federvorrichtung eignet sich zum Einbau in Ventilen.
• Diese oben genannte Aufgabe wird daher auch gelöst durch ein Ventil mit einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung mit einem Gehäuse, einem Schließkörper und einem Ventilsitz, wobei der Schließkörper und die Federvorrichtung so in dem Ventil angeordnet sind, dass der Schließkörper und der Kontaktabschnitt des Federelementes miteinander in Eingriff stehen, wobei der Schließkörper federnd gegen den Ventilsitz vorgespannt ist, und wobei der Schließkörper entgegen der Federkraft des Federabschnittes aus einer mit dem Ventilsitz in Eingriff befindlichen, das Ventil verschließenden Position in eine das Ventil öffnende Position bewegbar ist.
• Mit anderen Worten wird der Schließkörper in einem Gehäuse von der Federvorrichtung federnd gegen einen Ventilsitz vorgespannt, so dass dieser eine Durchlassöffnung verschließt. Ist eine auf den Schließkörper wirkende Kraft größer als die Federkraft des Federabschnittes und dieser entgegengesetzt, bewegt sich der Schließkörper von dem Ventilsitz weg und gibt so die Durchlassöffnung frei.
• Vorteilhaft ist es, wenn in einer Ausführungsform die Federelemente derart angeordnet sind, dass eine durch die Kontaktflächen der Kontaktabschnitte der Federelemente zumindest abschnittsweise definierte Fläche zumindest abschnittsweise die Form der Oberfläche des in Eingriff stehenden Abschnittes des Schließkörpers aufweist. Mit anderen Worten, die durch die Kontaktflächen der Federelemente zumindest abschnittsweise definierte Fläche ist komplementär zu der Oberfläche des in Eingriff stehenden Abschnittes des Schließkörpers. Durch die komplementäre Gestaltung wird erreicht, dass zum einen die Kraft zwischen dem Schließkörper und dem Kontaktabschnitt des Federelementes gleichmäßig verteilt wird und zum anderen, dass die Bewegung des Schließkörpers einer vorbestimmten Trajektorie folgt und diese kontrollierbar ist. Die Ausrichtungswirkung der Federelemente auf den Schließkörper wird dadurch verstärkt und ein fehlerhaftes Verschließen der Durchlassöffnung verhindert.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schließkörper eine Kugel. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Oberfläche der Kugel rotationsinvariant ist und der mit der Kugeloberfläche in Eingriff tretende Kontaktabschnitt des Federelementes sich an der Kugeloberfläche ausrichtet. In Verbindung mit einer radialsymmetrischen Anordnung der Federelemente führt dies zu einer Zentrierung des Schließkörpers.
• In einer weiteren Ausführungsform ist der mit dem Kontaktabschnitt in Eingriff stehende Abschnitt des Schließkörpers konusförmig ausgestaltet. Ein solcher konusförmig ausgestalteter Abschnitt des Schließkörpers gewährleistet, dass die Federvorrichtung den Schließkörper in Richtung einer bevorzugten Endposition bewegt. Sind die Federelemente erfindungsgemäß radialsymmetrisch an einem Träger angeordnet, so hat dies den weiteren Vorteil, dass die Kraft auf den Schließkörper bzw. die Kraft von dem Schließkörper auf die Kontaktabschnitte der Fe derelemente gleichmäßig verteilt ist. Zusätzlich wird eine Ausweichbewegung des Schließkörpers verhindert.
• Insbesondere sind in einer Ausführungsform die Kontaktflächen derart ausgestaltet, dass die Kontaktflächen der Federvorrichtung abschnittsweise einen Konus definieren und die mit den Kontaktabschnitten in Eingriff bringbare Oberfläche des Schließkörpers kugelförmig ist. Vorteilhaft ist dies, da durch die Kombination aus einem Konus und einer Kugel die Reibungsfläche zwischen Kontaktfläche und Schließkörper reduziert wird. Es versteht sich, dass eine komplementäre Anordnung mit einer durch die Kontaktflächen der Federelemente definierten kugelförmigen Oberfläche und einem konusförmigen Schließkörper ebenfalls denkbar ist.
• Um die Anzahl der Bauelemente und die damit verbundenen Herstellungskosten zu reduzieren, ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, dass das Gehäuse und die Federvorrichtung einstückig ausgeführt sind.
• Durch die Reduzierung der Bauteile sowie die Ausrichtung der Federelemente im Wesentlichen parallel zu der Durchlassrichtung des Ventils, kann eine höhere Flussgeschwindigkeit erreicht werden als bei der Verwendung von beispielsweise Spiralfedern.
• Mit Vorteil ist in einem erfindungsgemäßen Ventil der relative Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Kontaktfläche des Kontaktabschnittes des Federelementes einstellbar. Mit einer Änderung des relativen Abstandes zwischen dem Ventilsitz und der Kontaktfläche kann die Vorspannung der Federvorrichtung auf den Schließkörper beeinflusst werden.
• Um den relativen Abstand zwischen Ventilsitz und Kontaktfläche des Federelementes zu beeinflussen ist es in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Ventilsitz derart ausgestaltet ist, dass er unterschiedlich tief in das Gehäuse hinein und hinaus bewegbar ist. Wird der relative Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Kontaktfläche des Federelementes verringert, erhöht sich die Vorspannung auf den Schließkörper, da dieser das Federelement stärker auslenkt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung korreliert die Stärke der Auslenkung mit dem Winkel, um den das Federelement von dem Schließkörper aus der Ausgangslage bewegt wird. Je größer der Auslenkwinkel desto größer die Vorspannung.
• In einer Ausführungsform ist der Träger derart ausgestaltet, dass er unterschiedlich tief in das Gehäuse hinein und hinaus bewegbar ist, so dass die Vorspannung der Federvorrichtung auf den Schließkörper einstellbar ist. Mit anderen Worten kann die Vorspannung der Federvorrich tung auf den Schließkörper dadurch verändert werden, dass der Träger und damit die an diesem Träger befestigten Federelemente in Abhängigkeit des relativen Abstandes zwischen der Kontaktfläche des Federelementes und dem Ventilsitz unterschiedlich stark ausgelenkt mit dem Schließkörper in Eingriff treten. Entsprechend der Vorspannung der Federvorrichtung auf den Schließkörper variiert die erforderliche Kraft zum Bewegen des Schließkörpers entgegen der Federkraft.
• In einer Ausführungsform wird die federelastische Verformung der Federvorrichtung durch das Gehäuse begrenzt. Dies verhindert zum einen, dass der Schließkörper zu weit von dem Ventilsitz wegbewegt werden kann und zum anderen schützt dies die Federvorrichtung vor etwaigen Beschädigungen.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und den dazugehörigen Figuren deutlich. Es zeigen:
• 1a einen schematischen Längsschnitt durch ein Ventil mit einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung im geschlossenen Zustand;
• 1b einen schematischen Längsschnitt durch das Ventil aus 1a im geöffneten Zustand;
• 1c einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil mit einstellbarer Federkraft;
• 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ventil mit einer Federvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
• 2a eine schematische Draufsicht auf die Federvorrichtung der 2;
• 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Dosierkopf mit drei erfindungsgemäßen Ventilen aus den 1a und 1b.
• 1a und b zeigen einen schematischen Längsschnitt durch ein Ventil 10 mit einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung 9. Das Gehäuse 1 weist einen im Wesentlichen den zylindrischen Ventildurchlass definierenden kreisförmigen Innenquerschnitt auf. Das Gehäuse 1 weist weiter eine Auslassöffnung 8 und eine erfindungsgemäße Federvorrichtung 9 auf, wobei der Querschnitt der Auslassöffnung 8 kreisförmig ist und die Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 radialsymmetrisch angeordnet sind, so dass eine gedachte Symmetrieachse 15 durch das Symmetriezentrum der Federvorrichtung 9 und den Mittelpunkt des kreisförmigen Querschnitts der Auslassöffnung 8 führt.
• Das Ventil 10 weist weiter einen Schließkörper 7 auf, der sich im Inneren des Gehäuses 1 befindet und der von der Federvorrichtung 9 in der Ausgangslage so auf einen Ventilsitz 2 gepresst wird, dass eine in dem Ventilsitz 2 befindliche Einlassöffnung 12 dicht verschlossen ist. Zweckmäßigerweise weist die Einlassöffnung 12 einen kreisförmigen Querschnitt auf, dessen Zentrum auf der Symmetrieachse 15 liegt.
• In der dargestellten Ausführungsform ist der Schließkörper 7 eine Kugel, so dass der Ventilsitz 2 aus Gründen der besseren Verschlussfähigkeit eine zumindest kugelabschnittsweise Vertiefung aufweist, deren Radius dem Radius des Schließkörpers 7 entspricht und welche die Dichtfläche 14 des Ventilsitzes bildet.
• Es versteht sich, dass die Einlassöffnung 12 und die Dichtfläche 14 andere geometrische Ausgestaltungen aufweisen können, so lange die Einlassöffnung 12 durch den verwendeten Schließkörper 7 zuverlässig abgedichtet werden kann.
• Die erfindungsgemäße Federvorrichtung 9 und das Gehäuse 1 sind einstückig ausgestaltet, so dass das Gehäuse 1 zugleich Träger 13 der Federvorrichtung 9 ist. Die Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 zeigen einen Federabschnitt 4 und einen davon abgesetzten Kontaktabschnitt 5. Der Federabschnitt 4 ist als Steg 11 ausgeformt, der in der Ausgangslage senkrecht von dem Träger 13 abragt und sich parallel zur Durchflussrichtung erstreckt.
• Bei der in den 1a und b gezeigten Ausführungsform ist die Durchlassrichtung parallel zur Symmetrieachse 15.
• Die Kontaktabschnitte 5 der Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 sind im Wesentlichen in der Form rechtwinkliger Dreiecke ausgestaltet, wobei eine Kathete 16 einen rechten Winkel mit dem Steg 11 bildet. Diese Kathete 16 weist an dem der Symmetrieachse 15 der Federvorrichtung 9 zugewandten Ende eine Nase 19 auf, um die Bewegung des Schließkörpers 7 von dem Ventilsitz 2 weg und parallel zur Symmetrieachse 15 zu begrenzen. Durch die Begrenzung kann zum Einen verhindert werden, dass durch eine zuweite Bewegung des Schließkörpers 7 in das Ventilinnere hinein, die Federelemente 3 beschädigt werden und zum Anderen der Schließkörper 7 jederzeit derart mit dem Kontaktabschnitt 5 in Eingriff steht, dass eine Rückführung des Schließkörpers 7 möglich ist. Die Kante des Kontaktabschnittes 5, die der Hypotenuse des Dreieckes entspricht, bildet die Kontaktfläche 6.
• In der Ausgangslage tritt die Kontaktfläche 6 derart mit dem Schließkörper 7 in Eingriff, dass der Schließkörper 7 in die Vertiefung des Ventilsitzes 2 und damit gegen die Dichtfläche 14 gepresst wird und so die Einlassöffnung 12 zuverlässig verschließt. Das Ventil 10 in einem solchen verschlossenen Zustand ist in 1a abgebildet.
• Ein von außerhalb des Ventils 10 in die Einlassöffnung 12 strömendes Fluid übt eine Kraft auf den Schließkörper 7 aus, die der Kraft der Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 entgegengesetzt ist. Ist die Kraft des Fluids größer als die Kraft der Federelemente 3, so wird der Schließkörper 7 in Richtung der Auslassöffnung 8 gedrückt, die Federelemente 3 werden durch den Schließkörper 7 erfindungsgemäß in Richtung der Gehäusewand federelastisch verbogen und die Einlassöffnung 12 wird für das Fluid freigegeben. Dabei ist die Federvorrichtung 9 derart ausgestaltet, dass die federelastische Verformung der Federelemente 3 durch die Gehäuseinnenwand begrenzt wird. Die so definierte maximale Auslenkung entspricht dem maximalen Ventilhub. Das Ventil 10 in einem geöffneten Zustand ist in 1b dargestellt.
• Lässt die von dem Fluid auf den Schließkörper 7 ausgeübte Kraft nach, so drängt die Kraft der Federelemente 3 den Schließkörper 7 in seine Ausgangslage zurück.
• Es versteht sich, dass die Auslenkung der Federelemente 3 von der Begrenzung durch die Gehäusewand und dem Ventilsitz 2 sowie von dem Kräftegleichgewicht zwischen der von dem Fluid auf den Schließkörper 7 wirkenden Kraft und der Kraft der Federvorrichtung 9 beeinflusst wird. Dabei wirkt die Kraft des Fluids auf den Schließkörper 7 in einer Richtung parallel zur Durchlassrichtung, während die Federkraft der Federelemente 3 im wesentlichen senkrecht zu deren Haupterstreckungsrichtung wirkt. Die Federkraft und die Kraft des Fluids sind somit im wesentlichen senkrecht zueinander. Um zu erreichen, dass die Federkraft der Federelemente 3 der Kraft des Fluids entgegenwirkt, ist es erforderlich, dass die Kontaktabschnitte 5 und die damit in Eingriff tretende Oberfläche des Schließkörpers 7 derart ausgestaltet sind, dass zusätzlich zu der im wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung wirkenden Kraftkomponente eine resultierende Kraftkomponente wirkt, die der Kraft des Fluids entgegenwirkt. Mit anderen Worten, wird durch den kugelförmigen Schließkörper 7 und die komplementär ausgestalteten Kontaktflächen 6 gewährleisten, dass zusätzlich zu der im wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Federelemente 3 wirkenden Kraftkomponente eine Kraftkomponente durch die Wechselwirkungen zwischen den Kontaktflächen 6 und Oberfläche des Schließkörpers 7 existiert, die parallel zu der Durchlassrichtung wirkt.
• Der Ventilsitz 2 der in den 1a) und b) dargestellten Ausführungsform ist mit einem Schraubgewinde 21 in das Gehäuse 1 des Ventils 10 eingeschraubt. In Abhängigkeit der Einschraubtiefe wird der relative Abstand zwischen der Kontaktfläche 6 und dem Ventilsitz 2 variiert und so die auf den Schließkörper 7 wirkende Vorspannung eingestellt.
• Eine Abwandlung der in den 1a und b gezeigten Ausführungsform des Ventils ist in 1c dargestellt. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen besteht darin, dass bei der Ausführungsform aus 1c die Federkraft der Federelemente 3 auf den Schließkörper 7 einstellbar ist. Hierzu ist der Träger 13 im Gegensatz zu den Ausführungsformen der 1a und b nicht einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgestaltet. Der Träger 13 weist ein Schraubgewinde 21 auf, mit dem er in das Gehäuse 1 des Ventils 10 eingeschraubt ist. In Abhängigkeit von der Einschraubtiefe wird der relative Abstand zwischen der Kontaktfläche 6 und dem Ventilsitz 2 variiert und so die auf den Schließkörper 7 wirkende Vorspannung der Federelemente 3 eingestellt. Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform der Ventilsitz 2 und das Gehäuse 1 einstückig ausgeführt sein können.
• Durch die radialsymmetrische Ausgestaltung der Federvorrichtung 9 kann auf ein weiteres Führungselement zum Führen der Schließkörperbewegung verzichtet werden.
• In 2 ist ein Längsschnitt durch ein Ventil 10 mit einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Gehäuse 1 des Ventils 10 ist zylinderförmig ausgestaltet und weist einen Ventilsitz 2 mit einer Einlassöffnung 12 auf. Der Mittelpunkt der im Querschnitt kreisförmigen Einlassöffnung 12 ist auf einer gedachten Mittellinie durch das Ventil 10 angeordnet, die auch durch den Mittelpunkt der sich im Gehäuse 1 befindlichen, im Querschnitt kreisförmigen Auslassöffnung 8 verläuft.
• Radialsymmetrisch zu der Mittellinie sind die Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 angeordnet, wobei die Federelemente 3 und das Gehäuse 1 einstückig ausgeformt sind. Die Federelemente 3 der Federvorrichtung 9 weisen parallel zu der zur Durchlassrichtung parallelen Mittellinie ihre Haupterstreckungsrichtung auf.
• Bemerkenswert bei dieser Ausführungsform ist, dass die Querschnitte der Federelemente 3 kreissegmentförmig sind, wobei die Federelemente 3 kreisförmig angeordnet sind und in ihrer Ruhelage eine regelmäßig wiederkehrende Beabstandung zueinander aufweisen, die wiederum kreissegmentförmig ausgestaltet ist. Weiter zeigen die Federabschnitte 4 der Federelemente 3 im Gegensatz zu der Ausführungsform aus 1 keinen von einem Steg 11 abgesetzten Kon taktabschnitt 5. Die Federelemente 3 sind senkrecht gegenüber dem Gehäuse 1 ausgeformt und weisen in Haupterstreckungsrichtung auf der dem Schließkörper 17 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 6 auf.
• Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform das Gehäuse 1 dem Träger 13 gleichzusetzen ist.
• Als Schließkörper 17 ist ein Doppelkegel vorgesehen, wobei andere geometrische Ausgestaltungen des Schließkörpers 17 dadurch nicht ausgeschlossen sind.
• Zweckmäßigerweise weist die Einlassöffnung 12 des Ventilsitzes 2 eine zumindest abschnittsweise konusförmige Vertiefung als Dichtfläche 14 auf, deren Abmessungen komplementär zu denen des Schließkörpers 17 ausgestaltet sind. Durch die komplementäre Ausgestaltung ist gewährleistet, dass der Schließkörper 17 die Einlassöffnung 12 des Ventilsitzes 2 zuverlässig abdichtet.
• Ein durch die Einlassöffnung 12 drängendes Fluid übt eine Kraft auf den Schließkörper 17 aus, die der Kraft der Federelemente 3 entgegengesetzt ist. Übersteigt die Kraft des Fluids die Kraft der Federelemente 3, so verformen sich die Federabschnitte 4 der Federelemente 3 und der Schließkörper 17 gibt die Einlassöffnung 12 frei. Dadurch, dass die Federelemente 3 einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Ursprung des Radius auf der gedachten Mittellinie liegt, zeigt die Hauptverformungsrichtung in Richtung des Ventilgehäuses. Die maximal nach außen mögliche Ausbauchung der Federelemente 3 wird dabei durch die Gehäuseinnenwand des Ventils 10 begrenzt.
• Der Ventilsitz 2 weist wieder ein Schraubgewinde 21 zum Einschrauben in das Gehäuse 1 des Ventils 10 auf, wobei durch die Einschraubtiefe der relative Abstand zwischen der Kontaktfläche 6 und dem Ventilsitz 2 beeinflusst werden kann. Dies ist vorteilhaft, da mit dem relativen Abstand zwischen der Kontaktfläche 6 und dem Ventilsitz 2 die Vorspannung der Federvorrichtung 9 auf den Schließkörper 17 beeinflusst wird. Je geringer der Abstand desto größer ist die Vorspannung.
• Durch die radialsymmetrische Anordnung der Federelemente 3 unter Verwendung eines Doppelkegels ist gewährleistet, dass der Schließkörper 17 beim Öffnen und Schließen in dem Ventilsitz 2 zentriert wird. Zusätzliche Führungselemente bedarf es deshalb nicht.
• In 3 ist ein schematischer Längsschnitt durch den Dosierkopf einer Dosiermembranpumpe gezeigt, wobei der Dosierkopf drei Ventile 10a, 10b, 10c mit der erfindungsgemäßen Federvorrichtung 9 aufweist. Die Ventile 10a, 10b, 10c entsprechen dabei im Aufbau der in den 1a und 1b beschriebenen Ausführungsform.
• Im Betrieb der Dosiermembranpumpe wird eine Membran 20 in einer Dosierkammer 23 derart bewegt, dass durch den wechselnden Druck in der Dosierkammer 23 ein Dosiervolumen gefördert werden kann. Während eines Saughubes existiert in der Dosierkammer 23 ein Unterdruck der ein Fluid durch eine Zuleitung 24 ansaugt. In der Zuleitung 24 ist ein Saugventil 10a mit drei Federelementen 3 angeordnet. Durch den Unterdruck entsteht eine Kraft am Schließkörper 7, die der Federkraft der Federelemente 3 entgegengerichtet ist. Übersteigt die resultierende Kraft aus dem anstehenden Fluid und dem Unterdruck die Federkraft der Federelemente 3, gibt der Schließkörper 7 die Einlassöffnung 12 frei und das Fluid kann den Druck in der Dosierkammer ausgleichen.
• Während eines Druckhubes wird das in der Dosierkammer befindliche Fluid mit Hilfe eines Druckes sowohl in Zuleitung 24 als auch in die Fortleitung 25 gedrückt. Im Saugventil 10a bewirkt der Druck, dass die Federkraft der drei Federelemente 3 auf den Schließkörper 7 verstärkt wird. In der Fortleitung 25 ist ein Druckventil 10b derart angeordnet, dass bei anstehendem Druck in der Fortleitung 25 das Fluid gegen den Schließkörper 7 drückt, wobei die Kraft des Fluids gegen die Federkraft der Federelemente 3 gerichtet ist. Übersteigt die Kraft des Fluids die Federkraft der Federelemente 3, so gibt der Schließkörper 7 die Einlassöffnung 12 des Ventils frei und das Fluid kann durch das Ventil 10b hindurch und aus der Dosierkammer ausströmen.
• Um die einzelnen Baukomponenten vor einer Beschädigung im Falle einer Fehlfunktion zu schützen, weist die Anordnung in einer Sicherheitsleitung 26 weiterhin ein Sicherheitsventil 10c, mit fünf Federelementen 3 auf. Die Federkraft der fünf Federelemente 3 des Sicherheitsventils 10c ist größer als die Federkraft der drei Federelemente 3 des Druckventils 10b. Übersteigt der Druck in der Dosierkammer einen vorbestimmten Wert, drückt das Fluid in der Sicherheitsleitung 26 gegen der Schließkörper 7 des Sicherheitsventils 10c und überwindet die Federkraft der Federelemente 3, so dass der Schließkörper 7 die Einlassöffnung 12 des Sicherheitsventils 10c frei gibt.
• Aus der 3 ist weiter zu entnehmen, dass die erfindungsgemäßen Ventile 10a–c unabhängig von deren Einbaulage und -richtung verwendet werden können. Durch die Führung des Schließkörpers 7 mit Hilfe der Federvorrichtung 9 ist es unbeachtlich in welche Richtung die Schwerkraft auf den Schließkörper 7 wirkt. Beispielsweise wirkt bei dem Saugventil 10a und dem Druckventil 10b die Schwerkraft auf den Schließkörper 7 in Richtung der Federkraft der Federelemente 3, während bei dem Sicherheitsventil 10c die Schwerkraft senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schließkörpers 7 wirkt.
• Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit es nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

1

Gehäuse

2

Ventilsitz

3

Federelement

4

Federabschnitt

5

Kontaktabschnitt

6

Kontaktfläche

7

Schließkörper (Kugel)

8

Auslassöffnung

9

Federvorrichtung

10

Ventil

10a

Saugventil

10b

Druckventil

10c

Sicherheitsventil

11

Steg

12

Einlassöffnung

13

Träger

14

Dichtfläche

15

Symmetrieachse

16

Kathete

17

Schließkörper (Doppelkegel)

18

Mittellinie

19

Nase

20

Membran

21

Schraubgewinde

22

Antrieb

23

Dosierkammer

24

Zuleitung

25

Fortleitung

26

Sicherheitsleitung

Claims (11)

1. Federvorrichtung (9) für ein Ventil (10) mit einem Träger (13) und mindestens einem von dem Träger (13) abgesetzten, sich länglich ausgedehnt erstreckenden Federelement (3), wobei das Federelement einen Federabschnitt (4) und einen Kontaktabschnitt (5) aufweist, wobei der Federabschnitt (4) eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, wobei der Kontaktabschnitt (5) im Betrieb mit einem Schließkörper (7, 17) des Ventils (10) zum wechselseitigen Austausch von Kräften in Eingriff bring bar ist und wobei der Federabschnitt (4) in einer von der Haupterstreckungsrichtung abweichenden Richtung federelastisch verbiegbar ist.
2. Federvorrichtung (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) einen in Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Steg (11) aufweist, an dessen einem Ende der Träger (13) und an dem anderen Ende der Kontaktabschnitt (5) angeordnet ist.
3. Federvorrichtung (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktabschnitt (5) eine Kontaktfläche (6) aufweist, die sich in eine von der Haupterstreckungsrichtung abweichende Richtung erstreckt, wobei die Kontaktfläche (6) zum wechselseitigen Austausch von Kräften mit dem Schließkörper (7, 17) vorgesehen ist.
4. Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der mit dem Schließkörper (7, 17) in Eingriff bringbaren Kontaktfläche (6) konkav gekrümmt und vorzugsweise kugelsegmentförmig ausgestaltet ist.
5. Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus PVDF (Polyvinylidenfluorid) oder PEEK (Polyetheretherketon), gefertigt ist.
6. Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Federelementen (3) radialsymmetrisch an den Träger (13) angeordnet ist.
7. Ventil (10) mit einer Federvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Gehäuse (1), einem Schließkörper (7, 17) und einem Ventilsitz (2), wobei der Schließkörper (7, 17) und die Federvorrichtung (9) so in dem Ventil (10) angeordnet sind, dass der Schließkörper (7, 17) und der Kontaktabschnitt (5) des Federelementes (3) miteinander in Eingriff stehen, wobei der Schließkörper (7, 17) federnd gegen den Ventilsitz (2) vorgespannt ist, und wobei der Schließkörper (7, 17) entgegen der Federkraft des Federabschnittes (4) aus einer mit dem Ventilsitz (2) in Eingriff befindlichen das Ventil (10) verschließenden Position in eine das Ventil (10) öffnende Position bewegbar ist.
8. Ventil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (7, 17) eine Kugel ist.
9. Ventil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (7, 17) ein Doppelkegel ist.
10. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) und die Federvorrichtung (9) einstückig ausgeführt sind.
11. Ventil (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der relative Abstand zwischen dem Ventilsitz (2) und der Kontaktfläche (6) des Kontaktabschnittes (5) des Federelementes (3) einstellbar ist.