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Die Erfindung betrifft ein Ventil für die Abfuhr eines flüssigen Mediums, insbesondere Grauwasser mit ggf. einem Feststoffanteil, aus einem gegenüber einer Umgebung druckgedämpften Raum in die Umgebung, umfassend eine in einem Ventil-Gehäuse ausgebildete Ventilkammer mit einem Wassereinlass und einem Wasserauslass und einen Ventilkörper, der zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung zum Freigeben und Verschließen des Wassereinlasses hin und her bewegbar ist, wobei der Ventilkörper derart angeordnet ist, dass dieser bei einem Überdruck in der Ventilkammer in der Schließstellung gehalten wird.
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Flüssige Medien im Anwendungsbereich sind beispielsweise Wasser, Grauwasser, Gelbwasser, Spülflüssigkeiten, (Küchen-)Abwasser oder dergleichen. Insbesondere kann das abzuführende flüssige Medium auch einen Feststoffanteil, gebildet beispielsweise von Haaren, Essensresten o. ä., beinhalten.
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Ein druckgedämpfter Raum ist dabei als ein vollständig, zumindest aber im Wesentlichen gegenüber der Umgebung abgeschlossener Raum zu verstehen, der aber auch verschließbare Öffnungen aufweisen kann, wie beispielsweise Türen und Fenster in einem Zugwaggon. Druckdämpfung wird im Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung so verstanden, dass zumindest kurzzeitig eine Druckdifferenz zwischen dem druckgedämpften Raum und einer Umgebung auftreten kann.
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Bei Vorrichtungen der vorbezeichneten Art kommt es häufig im Bereich von Flüssigkeitsabführleitungen zu Problemen bei Druckdifferenzen zwischen dem druckgedämpften Raum und der Umgebung. Wenn es sich bei dem druckgedämpften Raum beispielsweise um einen Hochgeschwindigkeitswaggon handelt, treten typischerweise bei Tunneleinfahrten oder bei Zugbegegnungen kurzzeitige Druckdifferenzen auf. Hierdurch kann es beispielsweise bei einem Gasüberdruck in der Umgebung gegenüber dem druckgedämpften Raum (beispielsweise bei der Tunneleinfahrt) zu einem Rückspülen des abzuführenden flüssigen Mediums in den druckgedämpften Raum oder zu einer Absaugwirkung bei einem Gasüberdruck in dem druckgedämpften Raum gegenüber der Umgebung kommen (beispielsweise bei der Tunnelausfahrt). Die Umgebung ist in der vorliegenden Anmeldung nicht auf die den Waggon bzw. den druckgedämpften Raum umgebende Umwelt beschränkt. Umwelt bezeichnet jeden Raum oder jeden Ort, der keine oder eine andere Druckdämpfung als der druckgedämpfte Raum aufweist. Beispielsweise kann ein in dem Waggon (auch in dem druckgedämpften Raum) angeordneter Abwasserbehälter die Umgebung darstellen. Solche Abwasserbehälter sind beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff, sodass diese bei beispielsweise einer Tunneleinfahrt anders auf einen Druckstoß reagieren als der druckgedämpfte Raum. Der druckgedämpfte Raum ist typischerweise der Passagierraum in einem Zugwaggon.
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Um ein Rückspülen von flüssigem Medium zu vermeiden ist es bekannt, ein Siphon mit einer Höhe einzusetzen, die mindestens einer der erwartungsgemäß auszugleichenden Druckdifferenz entsprechenden Wassersäule entspricht. Im oben genannten Beispiel von Tunneleinfahrten und Begegnungen von Zügen kann diese Differenz beispielsweise bis zu etwa +/–0,1 bar betragen, was einer Wassersäule von 1 m entspricht. Für ein entsprechend dimensioniertes Siphon mit einer Einbauhöhe von mindestens 1 m steht jedoch häufig nicht genau Bauraum zur Verfügung. Insbesondere bei einer Anwendung in Zugwaggons sind solche Einbaumaßnahmen nur schwer realisierbar. Bei Hochgeschwindigkeitszügen können die Druckdifferenzen noch stärker ausfallen, sodass es wünschenswert ist, einen Druckausgleich bzw. -schutz gegen Rückspülen oder Absaugen auch für Bereiche wie +/–1 bar oder mehr zu haben. Derartige Druckdifferenzen sind mit Wassersäulen kaum noch zu realisieren. Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich am Tiefpunkt des Siphons Verunreinigungen ansammeln können und es zu Verstopfungen kommen kann. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn beispielsweise Essensreste über die Vorrichtung entsorgt werden. Ein weiteres Problem ist, dass ein solches System nicht entleerbar ist. Beispielsweise ist im Leitungssystem eines Zuges befindliches Wasser zu entleeren, wenn der Waggon temporär außer Betrieb genommen wird. Zudem kann es vorkommen, dass die Wassersäule in einem Siphon im Winter einfriert, so dass die Funktion der Vorrichtung behindert ist.
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Eine demgegenüber bereits verbesserte Vorrichtung ist in
DE 10 2008 007 748 A1 offenbart. Dort wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung vorzusehen, die eine Einlassöffnung hat, die in Einbaulage mit dem druckgedämpften Raum in Gasdruckverbindung steht, eine in Einbaulage in Schwerkraftrichtung unterhalb der Einlassöffnung liegende Auslassöffnung hat, die in Einbaulage mit der Umgebung in Gasdruckverbindung steht, einen Verbindungskanal hat, der die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbindet sowie ein Rückflussverhinderungsventil und ein Durchflussverhinderungsventil hat. Dabei ist das Rückflussverhinderungsventil ausgebildet, um das flüssige Medium unter Schwerkrafteinfluss von der Einlass- zur Auslassöffnung durchzulassen und bei Überschreitung eines vorbestimmten, in der Umgebung herrschenden Gasüberdrucks gegenüber dem Druckelement im Raum zu umschließen, das Durchflussverhinderungsventil ist ausgebildet, um das flüssige Medium unter Schwerkrafteinfluss von der Einlass- zur Auslassöffnung durchzulassen und bei Überschreitung eines vorbestimmten im druckgedämpften Raum herrschenden Gasüberdrucks gegenüber der Umgebung zu schließen. Zwar funktionieren zwei derartig in Reihe hintereinander geschaltete sog. Schnabelventile zur Verhinderung der oben genannten Probleme schon recht gut, jedoch sind stets zwei Schnabelventile (eines zur Rückflussverhinderung und eines zur Durchflussverhinderung) notwendig. Zudem sind Schnabelventile aufgrund ihrer Konstruktion häufig nicht hundertprozentig dicht und können somit keinen Geruchsschutz bilden. Schnabelventile, die dicht genug sind, um Geruchsschutz zu bilden, sind dagegen häufig zu welch und bieten keinen ausreichenden Druckschutz, insbesondere nicht für einen Bereich um +/–1 bar. Es besteht somit insbesondere für den Anwendungsbereich von Hochgeschwindigkeitswaggons Verbesserungsbedarf.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine oder mehrere der genannten Nachteile reduziert oder vermeidet. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das mit einem geringen Aufwand herstell- und einbaubar ist und zuverlässigen Geruchsschutz auch bei hohen Druckdifferenzen, insbesondere in einem Bereich von +/–1 bar, bietet, insbesondere unabhängig von der Einbaulage.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil der eingangs genannten Art, das gekennzeichnet ist durch einen Verdrängungskörper, der bei einem Unterdruck in der Ventilkammer den Ventilkörper in die Schließstellung zwingt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Vorsehen des Verdrängungskörpers nur ein Ventil mit nur einem Ventilkörper erforderlich ist, um sowohl bei Überdruck als auch bei Unterdruck den druckgedämpften Raum gegenüber der Umgebung abzudichten. Der Ventilkörper ist dazu zwischen einer Offenstellung, in der der Wassereinlass freigegeben ist, und einer Schließstellung, in der der Wassereinlass mittels des Ventilkörpers verschlossen ist, hin und her bewegbar. Der Ventilkörper wirkt dazu mit einem Ventilsitz zusammen, der am Wassereinlass angeordnet ist. Das flüssige Medium ist hier beispielsweise Wasser, Grauwasser, Gelbwasser, Spülflüssigkeiten, (Küchen-)Abwasser oder dergleichen. Insbesondere kann das abzuführende flüssige Medium auch einen Feststoffanteil, gebildet beispielsweise von Haaren, Essensresten o. ä., beinhalten. Der Einfachheit halber wird im Folgenden von Wasser als flüssigem Medium gesprochen; die Ausführungen gelten jedoch gleichermaßen für andere abzuführende bzw. zu entsorgende flüssige Medien, insbesondere auch mit einem Feststoffanteil. Die Umgebung bezeichnet einen außerhalb des druckgedämpften Raums liegenden oder abgeschlossen in diesem liegenden Bereich. Dabei kann es sich auch um abgetrennte Räume in dieser Umgebung handeln, wie beispielsweise einen Abwassersammelbehälter. Während in der Umgebung ein höherer Gasdruck herrscht als in dem druckgedämpften Raum, kann dies dazu führen, dass Wasser oder geruchsbehaftetes Gas entgegen der Durchflussrichtung in das Ventil und in den druckgedämpften Raum gelangt. Die Begriffe Überdruck und Unterdruck beziehen sich jeweils auf einen Überdruck bzw. Unterdruck gegenüber dem druckgedämpften Raum. Das erfindungsgemäße Ventil weist einen Ventilkörper und einen Verdrängungskörper auf, durch die ein Zurückfließen des Mediums oder ein Durchtritt von geruchsbehaftetem Gas entgegen der Durchflussrichtung von der Auslass- zu der Einlassöffnung in einem solchen Fall verhindert werden kann. Auch bei einem Gasdruck in der Umgebung, der kleiner ist als der Gasdruck in dem druckgedämpften Raum wird der Ventilkörper mittels des Verdrängungskörpers in die Schließstellung gezwungen, so dass kein „Absaugen” von flüssigem Medium aus dem druckgedämpften Raum geschieht. Ein derartiges Absaugen ist insbesondere dann problematisch, wenn der Einlass der Ventilkammer beispielsweise mit einem Handwaschbecken in einem Zugwaggon verbunden ist. Da das erfindungsgemäße Ventil in beide Richtungen funktioniert, also sowohl bei einem Überdruck als auch einem Unterdruck in der Ventilkammer der Einlass geschlossen ist, erreicht das Ventil einen zuverlässigen Geruchsschutz unabhängig von der Einbaulage.
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Ferner hat das Ventil den Vorteil, dass es vollständig passiv funktioniert. Es sind keine zusätzlichen Stellelemente, Vakuumquellen oder dergleichen notwendig, die über eine Energieversorgung verfügen müssen. Auch ist keine Wassersäule vorgesehen, die einfrieren könnte. Die Einbaugröße des erfindungsgemäßen Ventils ist klein und eignet sich daher besonders für druckgedämpfte Räume, in denen die Einbaugröße beschränkt ist, beispielsweise in Zugwaggons.
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Bei einem Überdruck in der Ventilkammer wird der Ventilkörper in der Schließstellung gehalten. Der Ventilkörper bildet dann folglich eine Abgrenzung zwischen der Umgebung und dem Druckgedämpften Raum. Der Ventilkörper weist vorzugsweise zwei Wirkflächen auf, wobei eine Wirkfläche der Umgebung und eine zweite der dem druckgedämpften Raum zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die der Umgebung zugeordnete Wirkfläche größer als die, die dem druckgedämpften Raum zugeordnete. So wird der als Flächenkraft auf die der Umgebung zugeordneten Wirkfläche einwirkende Überdruck effektiv in eine Schließkraft umgewandelt, wodurch der Ventilkörper effektiv in der Schließstellung gehalten wird.
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In einer ersten bevorzugten Weiterbildung ist der Verdrängungskörper dazu eingerichtet, bei einem Unterdruck in der Ventilkammer das Volumen der Ventilkammer zu verkleinern. Vorzugsweise wird der Ventilkörper durch das Verkleinern des Volumens der Ventilkammer in die Schließstellung gezwungen. Bei einem derartigen Zwingen in die Schließstellung wird der Ventilkörper vorzugsweise gegen einen an dem Wassereinlass angeordneten Ventilsitz gepresst, vorzugsweise gasdichtend. Ein Unterdruck in der Venlilkammer wird aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der Umgebung, in der ein geringerer Druck herrscht als im druckgedämpften Raum, hervorgehoben. Dabei wird in der Ventilkammer befindliches Gas durch den Auslass gesaugt, wodurch Unterdruck in der Ventilkammer erzeugt wird. Der Verdrängungskörper ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Volumen der Ventilkammer zu verkleinern und dabei Gas zu verdrängen, wodurch im Wesentlichen ein Druckausgleich zwischen Ventilkammer und druckgedämpften Raum erreicht wird und gleichzeitig durch die Volumenverkleinerung der Ventilkörper in die Schließstellung gezwungen wird. So wird vorteilhaft die durch die Druckdifferenz freiwerdende Energie genutzt, um das Volumen zu verkleinern und den Ventilkörper in Schließstellung zu zwingen, ohne dass zusätzliche elektrische Energie oder dergleichen notwendig ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Verdrängungskörper dazu eingerichtet, sich bei einem Unterdruck in der Ventilkammer in die Ventilkammer hinein zu bewegen, um den Ventilkörper in die Schließstellung zu zwingen. Vorzugsweise verkleinert der Verdrängungskörper dabei zudem das Volumen der Ventilkammer. Aufgrund des Hineinbewegens, welches durch den Unterdruck hervorgerufen wird, wird der Ventilkörper in die Schließstellung gezwungen bzw. gegen den Ventilsitz gepresst. Dazu kann der Verdrängungskörper mit dem Ventilkörper verbunden sein, oder es können spezielle Übertragungsmittel bzw. Mittel zur mechanischen Kopplung vorgesehen werden.
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Besonders bevorzugt ist der Verdrängungskörper dazu eingerichtet bei einem Unterdruck in der Ventilkammer mit dem Ventilkörper mittels einer Kontaktfläche in Kontakt zu kommen, um diesen in die Schließstellung zu zwingen. Der Verdrängungskörper als auch der Ventilkörper weisen Kontaktflächen auf, die miteinander korrespondieren. Vorzugsweise verkleinert der Verdrängungskörper dabei das Volumen der Ventilkammer und bewegt sich in die Ventilkammer hinein, auf den Ventilkörper zu, um mittels seiner Kontaktfläche mit der Kontaktfläche des Ventilkörpers in Kontakt zu kommen. Demnach drückt der Verdrängungskörper den Ventilkörper gegen einen Ventilsitz, der am Wassereinlass angeordnet ist, und zwingt so den Ventilkörper in die Schließstellung. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit, den Ventilkörper in die Schließstellung zu zwingen, wodurch die Funktionssicherheit des Ventils verbessert wird und die Baugröße aufgrund der geringen Komplexität und geringen Teilanzahl verringert wird.
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Ferner ist bevorzugt, dass der Verdrängungskörper derart vorgespannt ist, dass dieser bei Wegfall des Unterdrucks in der Ventilkammer den Ventilkörper freigibt. Ein derartiges Vorspannen kann beispielsweise durch mechanisch oder pneumatisch wirkende Mittel erfolgen. So erfolgt beispielsweise durch eine Volumenverkleinerung der Ventilkammer durch den Ventilkörper ein wenigstens teilweiser Druckausgleich, so dass bei einem Wegfall des Unterdrucks das Volumen wieder vergrößert wird. Die Volumenvergrößerung bewirkt dann, dass der Ventilkörper nicht in die Schließstellung gezwungen wird, wodurch der Ventilkörper freigegeben und in die Offenstellung bewegbar ist, so dass flüssiges Medium durch das Ventil aus dem druckgedämpften Raum in die Umgebung strömen kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Verdrängungskörper mechanisch vorgespannt sein, beispielsweise mittels einer Feder oder dergleichen. So wird der Ventilkörper rasch und zuverlässig nach Wegfall des Unterdrucks freigegeben und flüssiges Medium kann durch das Ventil strömen. Die Verschlusszeit, in der der Wassereinlass versperrt ist, wird auf ein notwendiges Minimum reduziert, in welchem die Gefahr des Wasser- oder Gasdurchtritts besteht, begrenzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet der Verdrängungskörper wenigstens teilweise einen Wandabschnitt der Ventilkammer. Vorzugsweise bildet der Verdrängungskörper dabei eine Begrenzung zwischen dem druckgedämpften Raum und der Umgebung. Dadurch kann die Baugröße des Ventils weiter reduziert werden. Zudem kann der Verdrängungskörper so, indem sich dieser in die Ventilkammer hinein bewegt, auf einfache Art und Weise das Volumen der Ventilkammer verkleinern.
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Besonders bevorzugt ist es, dass der Verdrängungskörper ein druckelastisches Element, vorzugsweise eine Membran, aufweist. Vorzugsweise ist der Verdrängungskörper als druckelastische Membran ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich weist der Verdrängungskörper einen Ballon, einen Kolben, eine Klappe, einen Blasebalg, oder ein Element, welches nach Art einer Ziehharmonika gebildet ist auf. All diese Elemente bzw. bevorzugten Ausgestaltungen des Verdrängungskörpers sind dafür geeignet, aufgrund eines Unterdrucks in der Ventilkammer auf den Ventilkörper derart einzuwirken, dass dieser in die Schließstellung gezwungen wird. Ist der Verdrängungskörper selbst druckelastisch ausgebildet, kann dieser unter Spannung an einem Ventilgehäuse befestigt sein. Bei einem Unterdruck in der Ventilkammer wird dann der Verdrängungskörper elastisch verformt, wodurch die Spannung zunimmt, sodass sich dieser nach Wegfall des Unterdrucks wieder in seine ursprüngliche Position bzw. Form zurückverformt. So wird auf einfache Weise ein Freigeben des Ventilkörpers nach Wegfall des Unterdrucks erreicht. Zudem vereinfachen die genannten Mittel die Konstruktion und weisen eine geringe Baugröße sowie technische Komplexität auf, wodurch die Bauweise des Ventils vereinfacht und die Funktionssicherheit verbessert wird. Zusätzlich können Hebel oder dergleichen vorgesehen werden, um ein Bewegen bzw. Einwirken des Verdrängungskörpers auf den Ventilkörper zu verstärken.
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Ist beispielsweise der Verdrängungskörper als eine Membran ausgebildet, wird diese Membran aufgrund eines Unterdrucks in der Ventilkammer elastisch verformt, verkleinert das Volumen der Ventilkammer und bewegt sich in diese hinein und auf den Ventilkörper zu, um diesen in die Schließstellung zu zwingen. Dabei kann die Membran mit dem Ventilkörper in Kontakt kommen oder auf einen Hebel bzw. ein Umlenkelement einwirken, welches dann den Ventilkörper in die Schließstellung zwingt. Vorzugsweise schmiegt sich die Membran dabei derart an den Ventilkörper an, dass der Ventilkörper gleichmäßig gegen den Ventilsitz gepresst wird. Hierdurch wird eine gute Dichtung auch gegen durchtretende geruchsbehaftete Gase erreicht. Eine derartige Membran bildet vorzugsweise eine Begrenzung zwischen dem druckgedämpften Raum und der Umgebung, sodass auf einer Seite der Membran der Druck der Umgebung herrscht und auf der anderen, gegenüberliegenden Seite der Druck des druckgedämpften Raumes.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilkörper innerhalb der Ventilkammer beweglich an dem Ventilgehäuse gelagert. Vorzugsweise ist der Ventilkörper mittels eines Seils oder eines Bandes an dem Ventilgehäuse gelagert. So ist der Ventilkörper relativ frei in der Ventilkammer bewegbar und kann leicht zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin und her bewegt werden. Vorzugsweise ist der Ventilkörper auf einer definierten Bewegungsbahn zwischen der Offenstellung und der Schließstellung hin und her bewegbar. Besonders bevorzugt ist der Ventilkörper derart angeordnet, um aufgrund eines Überdrucks in der Ventilkammer in der Schließstellung gehalten zu werden. Vorzugsweise wird der Ventilkörper dabei gegen einen Ventilsitz am Wassereinlass der Ventilkammer gepresst. So dichtet das Ventil bei einem plötzlichen Ansteigen des Drucks, beispielsweise aufgrund einer Tunneldurchfahrt eines Zuges, rasch und effektiv ab, so dass im Wesentlichen kein geruchsbehaftetes Gas durch den Wassereinlass hindurch in den druckgedämpften Raum eintreten kann. Der Ventilsitz ist dabei vorzugsweise starr und ortsfest ausgebildet. An dem Ventilkörper und/oder dem Ventilsitz kann zudem ein Dichtelement, beispielsweise ein Gummiring oder dergleichen angeordnet sein, um eine verbesserte Dichtwirkung zwischen Ventilkörper und Ventilsitz bzw. Wassereinlass zu erreichen. Vorzugsweise ist der Ventilkörper mittels eines Federbandes, beispielsweise einer metallischen Blattfeder oder einer Blattfeder aus Kunststoff beweglich an dem Gehäuse gelagert, wobei der Ventilkörper mittels des Federbandes in die Schließstellung bewegt wird und dort auch gehalten wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung verschließt der Ventilkörper in einer Ruheposition des Ventils den Wassereinlass, vorzugsweise vollständig. Dazu liegt der Ventilkörper vorzugsweise in der Ruheposition an dem Ventilsitz an. Es ist nicht erforderlich, dass der Ventilkörper gegen den Ventilsitz gepresst ist. Vorzugsweise wird der Ventilkörper durch Gravitationseinwirkung in die Schließstellung bewegt, so dass er in der Ruheposition des Ventils den Wassereinlass im Wesentlichen verschließt. Alternativ oder zusätzlich ist der Ventilkörper mittels geeigneter Vorspannmittel wie beispielsweise einer Blattfeder oder eines Federbandes vorgespannt, so dass er in einer Ruheposition des Ventils in der Schließstellung gehalten wird. So wird stets eine gewisse Dichtung erreicht, wodurch im Wesentlichen kein geruchsbehaftetes Gas durch den Wassereinlass in den druckgedämpften Raum eintreten kann. Zudem befindet sich der Ventilkörper schon vor einem Überdruckstoß in der Ruheposition nah am Ventilsitz bzw. liegt an diesem an, so dass der Bewegungsweg in die Schließstellung minimiert ist und die Reaktion des Ventils auf einen Überdruck in der Ventilkammer verkürzt ist. Dadurch wird die Abdichtwirkung weiter verbessert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilkörper derart angeordnet, um bei einem Durchfluss des flüssigen Mediums durch das Ventil in die Offenstellung bewegt zu werden, insbesondere mittels des flüssigen Mediums. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Ventilkörper in einer Ruheposition des Ventils an dem Ventilsitz anliegt und somit den Wassereinlass verschließt. Durch einen Durchfluss flüssigen Mediums, beispielsweise aufgrund eines Spülvorgangs in einem mit dem Wassereinlass verbundenen Handwaschbecken oder aufgrund von Gravitationswirkung allein, wird dann der Ventilkörper von der Schließstellung wenigstens teilweise in die Offenstellung bewegt, indem das flüssige Medium den Ventilkörper von der dem druckgedämpften Raum zugewandten Seite anströmt. Das flüssige Medium kann dann in die Ventilkammer eintreten und durch den Wasserauslass in die Umgebung austreten. Ist der Ventilkörper zusätzlich vorgespannt, um in die Schließstellung bewegt zu werden, ist diese Vorspannung vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Ventilkörper bei einem Durchfluss von flüssigem Medium trotzdem in Richtung der Offenstellung bewegt werden kann. So ist einerseits die Konstruktion des Ventils vereinfacht, da kein zusätzlicher Mechanismus notwendig ist, der bei einem Durchfluss flüssigen Mediums den Ventilkörper in die Offenstellung bewegen muss, andererseits werden so einerseits Baugröße und Kosten reduziert als auch die Funktionsfähigkeit verbessert.
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Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Ventil eine in dem Gehäuse ausgebildete Ausgleichskammer auf, wobei der Verdrängungskörper wenigstens teilweise eine Bewandung der Ausgleichskammer bildet. Eine derartige Ausgleichskammer dient dazu, eine Volumenverkleinerung der Ventilkammer aufgrund eines Unterdrucks in der Ventilkammer auszugleichen. Dadurch können die äußeren Abmaße eines erfindungsgemäßen Ventils beim Betrieb konstant bleiben; der Verdrängungskörper in innerhalb des Gehäuses untergebracht und nicht ohne weiteres von außen zugänglich. Dadurch ist der Einbau des Ventils wesentlich vereinfacht. Ferner dient eine derartige Ausgleichskammer auch als Schutz für den Verdrängungskörper, der wenigstens teilweise eine Bewandung der Ausgleichskammer bildet.
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Dabei ist es bevorzugt, dass die Ventilkammer und die Ausgleichskammer benachbart angeordnet sind und der Verdrängungskörper ein Trennelement zwischen den beiden Kammern bildet. So sind die beiden Kammern auf einfache Art und Weise direkt miteinander gekoppelt und eine Volumenverkleinerung der Ventilkammer führt direkt zu einer Volumenvergrößerung der Kammer. Der Verdrängungskörper ist daher vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einem Unterdruck in der Ventilkammer das Volumen der Ausgleichskammer zu vergrößern.
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Besonders bevorzugt ist die Ausgleichskammer fluidleitend mit dem druckgedämpften Raum verbunden. Vorzugsweise weist sie dazu einen Einlass zum Einlassen von Fluid bzw. Gas in die Ausgleichskammer auf, wobei dieser Einlass mit dem druckgedämpften Raum verbunden ist. So herrscht in der Ausgleichskammer der Druck des druckgedämpften Raumes, während in der Ventilkammer im Wesentlichen der Druck der Umgebung herrscht. So wird der Verdrängungskörper auf einfache Art und Weise bei einer Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern hin und her bewegt, insbesondere bei einem Unterdruck in der Ventilkammer in die Ventilkammer hinein bewegt, so dass das Volumen der Ventilkammer verkleinert und das Volumen der Ausgleichskammer vergrößert wird. Der Verdrängungskörper bildet dann eine Begrenzung zwischen der Umgebung und dem druckgedämpften Raum. Alternativ oder zusätzlich ist die Ausgleichskammer mit einer Druckquelle zum Verstärken des Überdrucks in der Ausgleichskammer verbunden, wodurch der Verdrängungskörper rascher in die Ventilkammer hinein bewegt wird und so zum Zwingen des Ventilkörpers in die Schließstellung effektiver auf den Ventilkörper einwirken kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Wassereinlass, die Ventilkammer und der Wasserauslass des Ventils derart angeordnet, dass abzuführendes flüssiges Medium unter Gravitationseinwirkung durch das Ventil strömen kann. So werden keine zusätzlichen Einrichtungen benötigt, um das flüssige Medium aus dem Ventil abzuführen. Zudem bilden sich keine Reste von Medium in dem Ventil, die für eine Verschmutzung sorgen können. Der Betrieb und die Wartung des Ventils sind dadurch wesentlich verbessert.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung kann ein Ventil wie oben beschrieben zur Kontrolle der Abfuhr eines flüssigen Mediums aus einem gegenüber der Umgebung druckgedämpften Raum in die Umgebung verwendet werden.
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Weiterhin kann gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ein Ventil wie oben beschrieben zur Kontrolle der Abfuhr eines flüssigen Mediums, insbesondere Grauwasser, auch mit einem Feststoffanteil, aus einem gegenüber einer Umgebung druckgedämpften Zugwaggon, insbesondere einem Hochgeschwindigkeitszugwaggon, in die Umgebung verwendet werden.
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Bezüglich der Vorteile einer erfindungsgemäßen Verwendung eines Ventils gemäß einem der oben genannten Aspekte wird auf die obigen Ausführungen der bevorzugten Ausführungsformen eines Ventils verwiesen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beiden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Schnittdarstellung des Ventils aus 1 in einer Ruheposition;
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3 eine Schnittdarstellung des Ventils aus den 1 und 2 während eines Durchflusses von flüssigem Medium,
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4 eine Schnittdarstellung des Ventils aus den 1–3 mit Überdruck in der Ventilkammer,
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5 eine Schnittdarstellung des Ventils aus den 1–4 mit Unterdruck in der Ventilkammer;
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6 eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels;
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7 eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels; und
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8 eine Schnittdarstellung eines Ventils gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels.
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Das in 1 dargestellte Ventil 1 für die Abfuhr eines flüssigen Mediums aus einem gegenüber einer Umgebung druckgedämpften Raum in die Umgebung weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Wassereinlass 4, einem Wasserauslass 6 und einem Lufteinlass 8 auf. Der Wassereinlass 4 ist in einer Quelle von abzuführendem flüssigen Medium, insbesondere Wasser oder Grauwasser, auch mit einem Feststoffanteil, verbindbar. Beispielsweise ist der Wassereinlass 4 mit einem Handwaschbecken in einem Zugwaggon verbindbar. Durch den Wassereinlass 4 tritt Wasser aus dem druckgedämpften Raum in das Ventil 1 ein und dann durch den Wasserauslass 6 aus dem Ventil 1 in die Umgebung aus. Die Umgebung kann dabei ein Sammelbehälter oder dergleichen sein, der sich innerhalb oder außerhalb des druckgedämpften Raumes befindet. Beispielsweise ist der Sammelbehälter aus einem elastischen Kunststoff und weist gegenüber der Umwelt eine lediglich geringere Druckdämpfung als der druckgedämpfte Raum auf. An dem Wassereinlass 4 herrscht dann im Wesentlichen der Raumdruck des druckgedämpften Raumes und am Wasserauslass 6 herrscht der Umgebungsdruck. Während der Raumdruck des druckgedämpften Raumes im Wesentlichen konstant bleibt bzw. sich langsam oder verzögert (gedämpft) an den Umgebungsdruck angeleicht, kann der Umgebungsdruck rasch und plötzlich ansteigen oder abfallen. Ist das Ventil 1 beispielsweise in einem Zugwaggon eingebaut, kann der Umgebungsdruck aufgrund von Tunneldurchfahrten oder Zugkreuzungen schwanken. Schwankungen können in einem Bereich von +/–1 bar oder mehr liegen und treten plötzlich und nur kurzzeitig auf.
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Durch den Lufteinlass 8 kann Ausgleichsluft in das Ventil 1 eintreten. Der Lufteinlass 8 ist mit dem druckgedämpften Raum verbunden, so dass an dem Lufteinlass 8 ebenfalls im Wesentlichen der Raumdruck des druckgedämpften Raumes anliegt.
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In den 2 bis 5 ist das Ventil 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Während das Ventil 1 in 2 im Ruhezustand gezeigt ist, illustrieren die 3 bis 5 drei verschiedene Betriebszustände des Ventils 1.
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Gemäß der Schnittdarstellung (2) sind in dem Ventilgehäuse 2 zwei Kammern ausgebildet, nämlich eine Ventilkammer 10 und eine Ausgleichskammer 12. Die beiden Kammern 10, 12 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch den Verdrängungskörper 14 getrennt, welcher gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine druckelastische Membran ausgebildet ist. Somit sind auch der druckgedämpfte Raum und die Umgebung durch den Verdrängungskörper 14 voneinander getrennt. Die Ventilkammer 10 ist sowohl mit dem Wassereinlass 4 als auch mit dem Wasserauslass 6 verbunden. Demnach sind Ventilkammer 10, Wassereinlass 4 und Wasserauslass 6 derart angeordnet, dass das Wasser durch den Wassereinlass 4 in das Ventil 1 eintritt, dann durch die Ventilkammer 10 strömt und so zum Wasserauslass 6 gelangt, wo es dann in die Umgebung austritt. Der Wassereinlass 4 und der Wasserauslass 6 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander angeordnet. Dadurch kann abzuführendes Wasser mittels Gravitationswirkung durch das Ventil 1 strömen. Es sind auch andere Winkel bzw. Anordnungen von Wassereinlass 4 und Wasserauslass 6 relativ zueinander möglich. Vorteilhaft ist jedoch, wenn Wassereinlass 4 und Wasserauslass 6 derart angeordnet sind, dass Wasser allein durch Gravitationswirkung durch das Ventil 1 strömen kann.
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An dem Wassereinlass 4, welcher hier als im Wesentlichen zylinderförmiger Rohrstutzen ausgebildet ist, ist ein Ventilsitz 5 ausgebildet, der ebenfalls ringförmig den Wassereinlass 4 umschließt. Gegen diesen Ventilsitz 5 ist ein Ventilkörper 16 zum abdichtenden Verschließen des Wassereinlasses 4 pressbar. Der Ventilkörper 16 weist eine zusätzliche Dichtung 18 auf. Der Radius des ebenfalls kreisförmigen Ventilkörpers 16 ist etwas größer als der Radius des Wassereinlasses 4, so dass der Ventilkörper 16 den Wassereinlass 4 leicht und sicher verschließen kann.
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Der Ventilkörper 16 ist innerhalb der Ventilkammer 10 angeordnet und beweglich in dieser gelagert. Dazu ist der Ventilkörper 16 mittels eines Federbandes 20 an dem Ventilgehäuse 2 befestigt. Der Ventilkörper 16 ist dabei derart beweglich gelagert, dass er leicht aus einer Schließstellung (wie in 2 gezeigt) in eine Offenstellung (wie in 3 gezeigt) bewegbar ist. In der in 2 gezeigten Ruheposition des Ventils 1 befindet sich der Ventilkörper 16 in der Schließstellung, d. h. der Ventilkörper 16 liegt an dem Ventilsitz 5 an. Mittels des Federbandes 20 ist der Ventilkörper 16 vorgespannt, sodass er in der Schließstellung gehalten wird. Der Ventilsitz 5 ist insgesamt in einer üblichen Einbaurichtung des Ventils 1 (wie in den Figuren dargestellt) leicht schräg zu einer Vertikalen angeordnet, so dass der Ventilkörper 16 durch Gravitationswirkung in die in 2 gezeigte Schließstellung bewegbar ist. Um dieses einfache Bewegen zu erlauben ist zwischen Ventilkörper 16 und Verdrängungskörper 14 ein gewisser Abstand vorgesehen.
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Im Folgenden wird die Betriebsweise des Ventils 1 in Bezug auf die 2 bis 5 erläutert:
In der Ruheposition des Ventils 1 gemäß 2 befindet sich der Ventilkörper 16 in der Schließstellung. Der Verdrängungskörper 14, welcher gemäß diesem Ausführungsbeispiel (2 bis 5) als eine Membran ausgebildet ist, befindet sich in einer neutralen Position.
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Tritt nun Wasser 22 durch den Wassereinlass 4 in das Ventil 1 ein (siehe 3), beispielsweise aufgrund eines Spülvorgangs, wird der Ventilkörper 16 durch das Wasser 22 wenigstens teilweise in die Offenstellung bewegt, so dass der Wassereinlass 4 freigegeben ist, das Wasser 22 in die Ventilkammer 10 eintreten kann und anschließend aus dem Wasserauslass 6 in die Umgebung abgeführt wird. indem der Ventilkörper 16 mittels des Federbandes 20 an dem Gehäuse 2 gelagert ist, ist dieser leicht beweglich. Er ist nur soweit vorgespannt, dass er mittels des Wassers 22 in die Offenstellung bewegbar ist. Alternativ kann der Ventilkörper 6 beispielsweise mittels eines üblichen Scharniers an dem Gehäuse 2 schwenkbar gelagert sein. Nach Abschluss des Abführens des Wassers 22 wird der Ventilkörper 16 durch Gravitationseinwirkung und mittels des Federbandes 20 wieder in die Schließstellung (wie in 2) bewegt und das Ventil 1 ist verschlossen.
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Wirkt nun ein Druckstoß auf den Wasserauslass 6 derart ein, dass in der Ventilkammer 10 ein Überdruck herrscht, wird der Ventilkörper 16 gegen den Ventilsitz 5 gepresst, wodurch eine vollständige Dichtung gegen Durchtritt von geruchsbehaftetem Gas erreicht wird. Gleichzeitig wird der Verdrängungskörper 14, der hier als eine druckelastische Membran ausgebildet ist, durch elastische Verformung aus der Ventilkammer 10 heraus bewegt, so dass sich das Volumen der Ventilkammer 10 vergrößert und gleichzeitig das Volumen der Ausgleichskammer 12 verkleinert wird. Gemäß 4 liegt die Membran im Wesentlichen an einer inneren Oberfläche des Gehäuses 2 an, so dass das Volumen der Ausgleichskammer 12 nahezu null ist. Die kleinen Pfeile deuten Bewegungsrichtung und Krafteinwirkung aufgrund des Überdrucks in der Ventilkammer 10 an. Nach Wegfall des Überdrucks in der Ventilkammer 10 verformt sich die Membran elastisch zurück und nimmt die neutrale Stellung, wie in 2 dargestellt, ein.
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Wirkt nun ein Unterdruck auf den Wasserauslass 6 ein, so dass ein Unterdruck in der Ventilkammer 10 gegenüber dem druckgedämpften Raum herrscht, wird das Volumen der Ventilkammer 10 verkleinert, indem der Verdrängungskörper 14 in die Ventilkammer 10 hinein bewegt wird. Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird also der Verdrängungskörper 14, der als druckelastische Membran ausgebildet ist, elastisch verformt, wölbt sich in die Ventilkammer 10 hinein und kommt derart mit dem Ventilkörper 16 in Kontakt, dass dieser gegen den Ventilsitz 5 gepresst wird. Das Volumen der Ausgleichskammer 12 ist entsprechend vergrößert. Die kleinen Pfeile (5), welche in Richtung der Ventilkammer 10 auf die Verdrängungskörper 14 einwirken, deuten die Bewegung des Verdrängungskörpers und die Krafteinwirkung aufgrund des Drucks an. Der Verdrängungskörper 14 bzw. die Membran schmiegt sich dabei im Wesentlichen derart an den Ventilkörper 16 an, dass eine gleichmäßige Anpresskraft erreicht wird. So ist das Ventil 1 gas- und fluiddicht verschlossen und ein Absaugen von Fluiden aus dem druckgedämpften Raum durch den Wassereinlass 4 in die Umgebung wird verhindert. Die zwei Pfeile am Lufteinlass 8 (5) deuten darauf hin, dass Luft aus dem druckgedämpften Raum in die Ausgleichskammer 12 strömt, um die Volumenvergrößerung der Ausgleichskammer 12 und den dadurch entstehenden Sog auszugleichen. Nach Wegfall des Unterdrucks am Wasserauslass 6 wird der Verdrängungskörper 14, aufgrund der elastischen Eigenschaften der Membran, wieder in eine neutrale Position (vergleiche 2) bewegt. In dieser Position kann nun wieder Wasser durch den Wassereinlass 4 eintreten (siehe 3) und aus dem druckgedämpfte Raum in die Umgebung abgeführt werden.
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In den 6 bis 8 sind alternative Ausführungsformen eines Ventils 1 für die Abfuhr eines flüssigen Mediums aus einem gegenüber einer Umgebung druckgedämpften Raum in die Umgebung dargestellt. Gleiche und ähnliche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Insoweit wird vollumfänglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
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Das Ventil 1 gemäß 6 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Wassereinlass 4 und einem Wasserauslass 6 auf. In dem Ventilgehäuse 2 sind eine Ventilkammer 10 und eine Ausgleichskammer 12 angeordnet, wobei die Ausgleichskammer 12 über einen Lufteinlass 8 mit dem druckgedämpften Raum verbunden ist. Die beiden Kammern 10 und 12 sind durch eine Trennwand 24 voneinander getrennt. In einer Ausnehmung 25 in der Trennwand 24 ist der Verdrängungskörper 14 angeordnet, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel (6) als Kolben ausgebildet ist. Der Verdrängungskörper 14 ist demnach derart beweglich in der Ausnehmung 25 angeordnet, dass er entlang seiner Längsachse 15 in Richtung des Ventilkörpers 16 hin und her beweglich ist. Bei einem Unterdruck in der Ventilkammer 10 bewegt sich der Verdrängungskörper 14, der hier als Kolben ausgebildet ist, auf den Ventilkörper 16 zu. An einer Oberfläche des Verdrängungskörpers 14 ist eine Kontaktfläche 26 zum Inkontaktkommen mit dem Ventilkörper 16 ausgebildet. Beim Bewegen des Verdrängungskörpers 14 in die Ventilkammer 10 hinein kommt die Kontaktfläche 26 dann derart mit dem Ventilkörper 16 in Kontakt, dass der Ventilkörper 16 gegen den Ventilsitz 5 am Wassereinlass 4 gepresst wird und so das Ventil 1 dichtend verschließt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (7) weist das Ventil 1 keine Ausgleichskammer auf, sondern nur eine Ventilkammer 10. An dem Gehäuse 2 ist eine Führung 28 ausgebildet, in der der Verdrängungskörper 14 beweglich angeordnet ist. Der Verdrängungskörper 14 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel (7) wiederum als Kolben ausgebildet, der entlang seiner Längsachse 15 hin und her beweglich ist. Bei einem Unterdruck in der Ventilkammer 10 wird der Verdrängungskörper 14 entlang seiner Längsachse 15 in Richtung des Ventilkörpers 16 in die Ventilkammer 10 hinein bewegt und kommt mit dem Ventilkörper 16 mit seiner Kontaktfläche 26 in Kontakt und presst so den Ventilkörper 16 gegen den Ventilsitz 5 am Wassereinlass 4. An dem Verdrängungskörper 14 ist eine Feder 30 als Vorspannmittel angeordnet, die derart auf den Verdrängungskörper 14 einwirkt, dass dieser nach Wegfall eines Unterdrucks in der Ventilkammer 10 wieder aus dieser hinaus bewegt wird, so dass der Ventilkörper 16 freigegeben ist. Derartige Federn 30 können selbstverständlich auch bei Verdrängungskörpern 14 gemäß den weiteren Ausführungsbeispielen eingesetzt werden.
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Das Ventil 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (8) unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass der Verdrängungskörper 14 als Ballon ausgebildet ist. Der Ballon ist mit dem Lufteinlass 8 verbunden. Demnach ist im Inneren des Ballons die Ausgleichskammer 12 ausgebildet. Wird nun ein Unterdruck an den Wasserauslass 6 angelegt, so dass ein Unterdruck in der Ventilkammer 10 herrscht, strömt Luft durch den Lufteinlass 8 in den als Ballon ausgebildeten Verdrängungskörper 14 ein, so dass der Ballon aufgebläht wird. Das Volumen der Ventilkammer 10 verkleinert sich, während das Volumen der Ausgleichskammer 12 vergrößert wird. Der Verdrängungskörper 14 bzw. der Ballon kommt dann aufgrund seiner Ausdehnung mit dem Ventilkörper 16 in Kontakt und presst diesen gegen den Ventilsitz 5. Nach Wegfall des Unterdrucks zieht sich der als Ballon ausgebildete Verdrängungskörper 14 wieder zusammen, so dass der Ventilkörper 16 freigegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008007748 A1 [0006]
