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Zur Veröffentlichung gewählte
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft dehnbare Körper oder Systeme mit Begrenzungswänden oder Flüssigkeit enthaltenden Blasenstrukturen und mindestens einer Flüssigkeitsventilbaugruppe. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsventilbaugruppe für dehnbare Körper zur Verfügung, die typischerweise aus thermoplastischem Kautschukmaterial und dergleichen bestehen und während der Ausdehnung der Flüssigkeit und bei der Dehnung eine signifikant erhöhte Festigkeit und Strapazierfähigkeit insbesondere an der und um die Verbindungsstelle zwischen der Flüssigkeitsventilbaugruppe und der Begrenzungswand des dehnbaren Körpers zeigen.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Der Stand der Technik betrifft Verfahren und Vorrichtungen für flexible Luftventile zur Verwendung in aufblasbaren Körpern, wie zum Beispiel Ballons, Sportbällen, Spielzeugen, Gymnastikbällen oder -geräten, Schlauchbooten, Hüpfburgen oder anderen Strukturen, und dergleichen. Solche aufblasbaren Produkte werden normalerweise aus dünnen flexiblen Polymermaterialien geformt. Da sich die Festigkeit von flexiblen Polymermaterialien im Laufe der Jahre verbessert hat, haben auch die Größen von aufblasbaren Produkten zugenommen. Aufblasbare Gegenstände mit kleinen Durchmessern sind zu aufblasbaren Strukturen oder Körpern mit großen Durchmessern gewachsen. Weit weniger gebräuchlich sind befüllbare Körper, die andere Volumeninhalte als Luft, zum Beispiel eine Flüssigkeit, aufnehmen, wie etwa ein Wasserballon, der überhaupt kein Ventil hat und als eine Dichtung mit einem physischen Klammer- oder Rückhaltemechanismus von Hand verschnürt wird.
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Herkömmlich wird das Einleiten von Luft in den aufblasbaren Körper normalerweise unter Verwendung einer manuellen oder elektrischen Luftpumpe realisiert. Der Luftdruck, der von der Luftpumpe erzeugt wird, wird dem aufblasbaren Körper über einen Luftschlauch zugeführt. Der Luftpumpenschlauch hat normalerweise einen Durchmesser, der größer als das Innendurchmessermaß der Öffnung des Luftventils ist, das in den aufblasbaren Körper eingepasst ist. Um den Schlauch von der Luftpumpe mit dem Füllluftventil zu verbinden, wird meistens eine Nadel oder ein anderes Reduzierstück verwendet. Eine solche Nadel oder anderer Adapter oder Reduzierstück ist normalerweise an dem Ende des Luftschlauchs angebracht und wird für alle aufblasbaren Körper verwendet. Mit der Nadel oder dem Adapter kann ein Luftschlauch mit einer Standardgröße, der von der Luftpumpe abgeht, in das Luftventil eingepresst werden, um den aufblasbaren Körper mit Luft zu füllen.
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Auf Grund der fehlenden Komprimierbarkeit von Flüssigkeit kann jedoch eine herkömmliche Wasserzufuhr nicht wirksam mit einem Reduzierstück erzielt werden. Daher gibt es keinen speziellen Flüssigkeitsbefüllungsmechanismus, der verwendet werden könnte. Natürlich verhindert ein größeres Innendurchmessermaß eines Flüssigkeitsschlauchs oder einer Hahnöffnung im Allgemeinen die direkte Verwendung zusammen mit einer entfaltbaren Blase auf jeden Fall. Normalerweise muss ein Nutzer eine Wasserballon-Öffnung über eine Schlauchöffnung oder Hahnöffnung von Hand spannen und dann das Ende abklemmen und von Hand abschnüren.
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Es sind verschiedene Arten von Luftventilen und Luftventilbaugruppen zum Aufblasen von (Luft-)Blasen auf Gasbasis, Ballons, Sportbällen oder dergleichen entwickelt worden. Sie weisen im Allgemeinen einen Stöpsel auf, der aus einem verdichtbaren Material (wie etwa Hartkautschuk an einem Basketball) besteht und einen Nadeldurchgang hat, der so eingerichtet ist, dass eine Nadel hindurch gehen kann und sich zu sich selbst ausdehnen kann, um sich vollständig zu schließen, wenn die Nadel aus dem Stöpsel entfernt wird, und um zu gewährleisten, dass mit Druck beaufschlagte Luft in der Blase nicht durch das Luftventil entweichen kann. Normalerweise werden solche herkömmlichen Luftventile bereits geschlossen hergestellt.
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Es ist zum Beispiel beschrieben worden, dass ein solches Luftventil zur Verwendung in einem Sportball, wie etwa einem Fußball oder Volleyball, ein gutes Lufthaltevermögen und eine gute Strapazierfähigkeit bietet. Ein solches Ventil ist jedoch vorzugsweise dauerhaft gegenüber der jeweiligen Blase verschlossen und besteht aus einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomer, das dem ähnlich ist, das in dem inneren Kern verwendet wird. Das Luftventil hat ein zylindrisches Gehäuse mit einem Dichtungsflansch, einem Luftdurchgangshals und einem Schnapp-Rückhalteflansch. Das Gehäuse des Ventils hat in seinem mittleren Bereich eine Kammer, in der eine Kautschukkugel platziert ist, um das Innere der Blase gegen die Atmosphäre abzudichten und um zu vermeiden, dass die Luft entweicht, die zum Aufblasen des Balls dient. Das Polyurethan-Ventil wird bevorzugt, da es sich dauerhaft mit der Wand des inneren Kerns verbindet, sodass eine vollständige Rückhaltung ohne ein Luftleckproblem gewährleistet ist. Eine optimale Verbindung entsteht, wenn der innere Kern und das Luftventil aus ein und demselben thermoplastischen Material bestehen. Der Stöpsel, der aus einem verdichtbaren Material besteht, kann jedoch nach Gebrauch ausfallen. Darüber hinaus hat das Luftventil keine Schutzstruktur, um eine Kraft von der Nadel beim Aufblasen zu absorbieren. Schließlich gibt es keine auf dem Fachgebiet bekannten Flüssigkeitsventile für den genannten Verwendungszweck, die eine Verwendung in Kombination mit einer expandierbaren Blase gestatten würden.
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Blasen oder Begrenzungswände von befüllbaren Körpern bestehen herkömmlich aus Kautschuk, Latex, Nylon, Vinyl, Polychloropren, synthetischen Fasern, synthetischem Kautschuk, Naturkautschuk und dergleichen. Weitere flexible Materialien zur Verwendung in befüllbaren Körpern sind thermoplastische Elastomere (TPEs), die auch als thermoplastische Kautschuke (TPRs) bekannt sind und eine Gruppe von Copolymeren oder ein physikalisches Gemisch von Polymeren (meistens einem Kunststoff und einem Kautschuk) sind, die aus Materialien mit thermoplastischen und elastomeren Eigenschaften bestehen. Während die meisten Elastomere hitzehärtbare Kunststoffe sind, lassen sich thermoplastische Kunststoffe im Gegensatz dazu bei der Herstellung relativ einfach handhaben, zum Beispiel durch Spritzgießen. Thermoplastische Elastomere zeigen Vorteile, die sowohl für gummiartige als auch für plastische Materialien typisch sind. Der Hauptunterschied zwischen hitzehärtbaren Elastomeren und thermoplastischen Elastomeren ist die Art der Quervernetzung in ihren Strukturen. Tatsächlich ist die Quervernetzung ein entscheidender Strukturfaktor, der dazu beiträgt, gute elastische Eigenschaften zu verleihen. Die Quervernetzung bei hitzehärtbaren Polymeren ist eine kovalente Bindung, die während des Vulkanisationsverfahrens entsteht. im Gegensatz dazu ist die Quervernetzung bei thermoplastischen Elastomer-Polymeren eine schwächere koordinative oder Wasserstoffbindung, oder sie findet in einer der Phasen des Materials statt.
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Es gibt sechs allgemeine Klassen von handelsüblichen TPEs/TPRs: Styren-Blockcopolymere, Polyolefin-Mischungen, elastomere Legierungen (TPE-v oder TPV), thermoplastische Polyurethane, thermoplastische Copolyester und thermoplastische Polyamide. Beispiele für TPE-/TPR-Produkte, die aus der Gruppe der Blockcopolymere stammen, sind Arnitel (DSM), Engage (Dow Chemical), Hytrel (Du Pont), Dryflex und Mediprene (ELASTO), Kraton (Shell's Chemical division) und Dynalloy (Polyone Corporation). Um sich für ein thermoplastisches Elastomer zu eignen, muss ein Material die folgenden drei wesentlichen Eigenschaften haben: (I) Es muss in der Lage sein, auf mäßige Dehnungen gestreckt zu werden und beim Wegnehmen der Spannung zu einer Form zurückzukehren, die der ursprünglichen Form nahe kommt; (II) es muss als eine Schmelze bei hoher Temperatur verarbeitbar sein; und (III) es darf kein signifikantes Kriechen zeigen. Einige der Eigenschaften von TPE-/TPR-Materialien sind im Allgemeinen: geringe Masse, Färbbarkeit, hohe Reißfestigkeit, sehr gute Abriebfestigkeit, sehr gute Formbeständigkeit, geringe Temperaturflexibilität, sehr gute Wetterbeständigkeit, Leistungsfähigkeit wie vulkanisierter Kautschuk, Wiederverwendbarkeit und Recyclingfähigkeit, Wanderungsbeständigkeit und sehr gute elektrische Eigenschaften.
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Vorteilhafterweise sind TPE-/TPR-Materialien recyclingfähig, da sie wie Kunststoffe geformt, extrudiert und wiederverwendet werden können. Aber sie haben die typischen elastischen Eigenschaften von Kautschuken, die wegen ihrer Hitzehärtbarkeit nicht recyclingfähig sind. TPE-/TPR-Materialien brauchen außerdem kaum oder gar nicht gemischt zu werden, und es brauchen keine Verstärker, Stabilisatoren oder Vulkanisationssysteme zugesetzt zu werden. Daher gibt es keine Schwankungen von Charge zu Charge beim Abwiegen und Dosieren von Komponenten, was zu einer besseren Stetigkeit bei Rohstoffen und hergestellten Artikeln führt. TPEs/TPRs können problemlos mit den meisten Arten von Farbstoffen gefärbt werden. Außerdem verbrauchen TPEs/TPRs weniger Energie und ermöglichen eine genauere und kostengünstigere Kontrolle der Produktqualität während der Herstellung.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Kautschuken oder hitzehärtbare Kunststoffen erfordern TPEs/TPRs jedoch teurere Rohstoffe, sie können nicht mit kostengünstigen Füllstoffen, wie etwa Ruß, gefüllt werden (was die Verwendung von TPEs in Autoreifen verhindert), haben eine schlechte Chemikalien- und Wärmebeständigkeit und haben eine hohe bleibende Druckverformung und eine geringe thermische Beständigkeit. Außerdem können TPEs/TPRs bei erhöhten Temperaturen weich werden oder schmelzen und verlieren dann ihr gummiartiges Verhalten.
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Die zwei wichtigsten Herstellungsverfahren für TPEs/TPRs sind Extrudieren und Spritzgießen. Formpressen wird selten, wenn überhaupt, verwendet. Die Herstellung durch Spritzgießen geht sehr schnell und ist sehr wirtschaftlich. Die Maschinen und Verfahren, die normalerweise für das Extrudieren oder Spritzgießen eines herkömmlichen thermoplastischen Kunststoffs verwendet werden, sind im Allgemeinen auch für TPEs/TPRs geeignet. TPEs/TPRs können auch durch Blasformen, Warmformen und Heißverschweißen verarbeitet werden.
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TPEs/TPRs können dort zum Einsatz kommen, wo herkömmliche Elastomere nicht die Palette von physikalischen Eigenschaften bieten können, die bei dem Produkt benötigt werden. Diese Materialien finden breite Anwendung in der Automobilbranche und in der Haushaltgerätebranche. Daher werden Copolyester-TPEs/TPRs in Laufketten von Motorschlitten verwendet, wo es auf Steifigkeit und Abriebfestigkeit ankommt. Sie werden auch häufig für Katheter verwendet, wo Nylon-Blockcopolymere große Weichheit bieten, die ideal für Patienten ist. Thermoplastische Silicium-Olefin-Mischungen werden zum Extrudieren von Glaslauf- und dynamischen Tür- und Fenstergummiprofilen für Fahrzeuge verwendet. Styren-Blockcopolymere kommen wegen ihrer einfachen Verarbeitung für Schuhsohlen und häufig als Klebstoffe zum Einsatz. TPEs/TPRs werden oft zur Herstellung von Hängebuchsen für Kraftfahrzeug-Performance-Anwendungen verwendet, da sie eine höhere Verformungsbeständigkeit als übliche Gummibuchsen haben. TPEs/TPRs können auch in Produkten verwendet werden, die zum Einführen in den Körper gedacht sind, und sie kommen auch immer mehr als Isoliermaterial zwischen dem Mantel und der Seele von elektrischen Kabeln zum Einsatz.
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Weitere Anwendungsgebiete für TPEs/TPRs sind die Schuh-Industrie [zum Beispiel bei der Herstellung von Schuhsohlen, Schlüpfschuhsohlen, Sicherheitsschuhsohlen und Industrieschuhsohlen, Sportschuhsohlen, Skistiefelsohlen, Kinderschuhsohlen und dekorativen Zubehörteilen, Unisole, Modifikationsasphalt, Modifizierungsreglern für SMC (sheet moulding compound; Folienformmasse) und anderen hitzehärtbaren Kunststoff- und thermoplastischen Verbundstoffen], die Kraftfahrzeug-, Sport- und Freizeit-Industrie (zum Beispiel bei Profilen, Dichtungen, Lippendichtungen, Kunststoffschläuchen, Rohrleitungen, Kraftfahrzeug-Coextrusionsdichtungen, O-Ringen, Buchsen, Bälgen, Bodenmatten, Schutzabdeckungen, Kraftfahrzeuggriffen, Lebensmitteln und Medikamenten, Kugelschreibergriffen, Zahnbürstengriffen, Schirmgriffen, Milchschläuchen, Getränken und medizinischen Wegwerfprodukten) und die Elektro- und Elektronikindustrie (zum Beispiel bei der Herstellung von Schweißkabeln, Ummantelungen, Verbindungsschnuren, Primärleitungen und feuerhemmenden Steuerkabeln).
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Synoprene Polymers Pvt. Ltd., ein Hersteller von TPE-/TPR-Materialien, bietet hochwertigen thermoplastischen Kautschuk an, der zur Familie der Styren-Elastomere gehört und gummiähnliche Eigenschaften zeigt und mit einer Komponente auf Styren-Basis eine sehr gute Festigkeit erzielt. Er hat bessere Eigenschaften als herkömmlicher vulkanisierter Kautschuk und stellt hinsichtlich der Verarbeitung und den Endanwendungen einen Ersatz für Kautschuk und Weichplast dar. Durch seine Mischbarkeit erhält TPR eine homogene Zusammensetzung und erreicht dadurch eine hervorragende Qualität und Verarbeitbarkeit. Dieser Synoprene®-TPR basiert auf Styren als harter Komponente, und die weiche Phase besteht aus einer gummiartigen Butadien-Mitte und kristallinem Styren an den Enden. Er lässt sich gut mit vielen anderen Elastomeren, Füllmitteln, Reglern und anderen Harzen kombinieren. Alle diese Kombinationen können so gesteuert werden, dass Eigenschaften wie Klebesteifigkeit, Erweichungspunkt und Kohäsionsfestigkeit entsprechend den Erfordernissen des speziellen und allgemeinen Verwendungszwecks geändert werden können. Auf Grund seiner breiten Palette von Wirtschaftlichkeits- und Wertanalyse-Konzepten ist er weithin akzeptiert.
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Die vorliegende Erfindung erkennt den Bedarf an einer verbesserten Flüssigkeitsventilbaugruppe für sehr strapazierfähige entfaltbare Körper, die typischerweise aus einem TPE-/TPR-Material und dergleichen bestehen und während und nach der Expandierung insbesondere an der und um die Verbindungsstelle zwischen der Flüssigkeitsventilbaugruppe und der Begrenzungswand des expandierbaren Körpers eine signifikant höhere Festigkeit und Strapazierfähigkeit zeigen. Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die vorgenannten Nachteile von herkömmlichen Ventilen zu mildern und/oder zu vermeiden.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Flüssigkeitsventilbaugruppe für expandierbare Körper bereitzustellen, die typischerweise aus einem thermoplastischen Kautschukmaterial und dergleichen bestehen, die eine signifikant höhere Festigkeit und Strapazierfähigkeit während und nach der Befüllung insbesondere an der und um die Verbindungsstelle zwischen der Ventilbaugruppe und der Begrenzungswand des befüllbaren Körpers zeigt und dabei ein sicheres Schließen des Flüssigkeitsventils ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird für expandierbare Körper oder Systeme mit Begrenzungswänden oder Blasenstrukturen mindestens eine Ventilbaugruppe bereitgestellt, die mit diesen warmverklebt ist. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsventilbaugruppe für Flüssigkeit enthaltende expandierbare Körper bereit, die typischerweise aus einem thermoplastischen Kautschukmaterial oder dergleichen bestehen, die eine signifikant höhere Festigkeit und Strapazierfähigkeit während und nach der Ausdehnung insbesondere an der und um die Verbindungsstelle zwischen der Flüssigkeitsventilbaugruppe und der Begrenzungswand des expandierbaren Körpers zeigt, da die Verbindungsstelle der Flüssigkeitsventilbaugruppe durch Heißsiegeln eine verbesserte Festigkeit hat.
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Darüber hinaus ist klar, dass eine Flüssigkeitsventilbaugruppe zur Befestigung an einer expandierbaren Blase oder Begrenzungswandstruktur aus thermoplastischem Kautschuk ein Ventilteil mit einem Flansch aufweist, der radial von dem Ventilteil abgeht, wobei das Ventilteil eine Innenbohrung hat, die darin als ein Schlitzventil ausgebildet ist, das davon abgeht, wobei eine Mittelöffnung mit der Bohrung des Ventilteils in Verbindung steht. Die Öffnung des Schlitzventils hat eine solche Innenabmessung, dass die Flüssigkeit nicht in einer umgekehrten Richtung durch die Öffnung einfließen kann, da gegenüber verlaufende Seitenwände durch Presspassung abdichtend aneinander gedrückt werden. Das Ventilteil hat weiterhin eine aus einem Stück bestehende Lippen- und Einlasskontur um die Bohrung des Ventilteils und den Schlitzteil, wodurch die Festigkeit und Strapazierfähigkeit während und nach der Entfaltung weiter erhöht werden und ein flexibler Eingriff der Lippen- und Einlasskonturen ermöglicht wird, um eine zuverlässige Abdichtung der entfaltbaren Blase oder Begrenzungswand zu ermöglichen. Das Ventilteil hat zur Befestigung an der Blase oder Begrenzungswand einen peripheren Verschlussflansch, der radial von dem Ventilteil abgeht.
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Die vorgenannten und weitere Aspekte, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung dürften aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, in denen ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugssymbolen bezeichnet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform erlangt werden, die in den Darstellungen der beigefügten Zeichnungen erläutert wird. Zwar ist die dargestellte bevorzugte Ausführungsform lediglich beispielhaft für Verfahren, Strukturen und Zusammensetzungen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung, aber die Gestaltung und die Methode der Erfindung im Allgemeinen können zusammen mit ihren weiteren Zielen und Vorzügen durch Bezugnahme auf die Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung leichter verständlich werden. Die Zeichnungen sollen den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der insbesondere in den beigefügten oder nachfolgend geänderten Ansprüchen dargelegt wird, nicht beschränken, sondern sie sollen die Erfindung nur veranschaulichen und erläutern.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun auf die folgenden verschiedenen Zeichnungen Bezug genommen.
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1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer alternativen Flüssigkeits-Expansionsventilbaugruppe, die eine Einheit mit einem expandierbaren Blasenteil bildet, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 von 1, die eine Nahansicht der Flüssigkeitsventilbaugruppe im Querschnitt ist.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Flüssigkeitsventilbaugruppe von 2 auf einer Stufe vor dem Einbau, bevor die Flüssigkeitsventilbaugruppe an dem entfaltbaren Blasenteil montiert wird, zur Erläuterung der Innendetails der Ventilbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt einen Aufriss (Vorderansicht) des Ventils von 3.
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5 zeigt einen Aufriss (Seitenansicht) des Ventils von 3.
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6 zeigt das Ventil von 3 in einem Grundriss von oben.
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7 zeigt das Ventil von 3 in einem Grundriss von unten unter Berücksichtigung der inneren Lippen- und Einlasskonturen.
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8 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht entlang der Linie 8-8 von 3 unter Berücksichtigung der Innenkonturen des Flüssigkeitsventils.
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9 zeigt eine perspektivische Teilnahansicht des Teils 9 von 8 unter Berücksichtigung der Innenkonturen des Flüssigkeitsventils.
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9 zeigt eine perspektivische Teilansicht des in 8 dargestellten Bereichs.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie erforderlich, wird hier eine detaillierte erläuternde Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Verfahren, Systeme, Zusammensetzungen und Betriebsstrukturen der vorliegenden Erfindung können jedoch in einer breiten Palette von Größen, Formen und Methoden verkörpert sein, und einige davon können ganz anders als diejenigen in den beschriebenen Ausführungsformen sein. Daher sind die hier beschriebenen spezifischen Struktur- und Funktionsdetails nur repräsentativ, auch in der Hinsicht, dass angenommen wird, dass sie die beste Ausführungsform für die Erfindung bieten und dass sie eine Grundlage für die hier dargelegten Ansprüche liefern, die den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung definieren.
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Nachstehend wird auf eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen erläutert werden, näher Bezug genommen. Nach Möglichkeit werden gleiche oder ähnliche Bezugssymbole in den Zeichnungen und der Beschreibung verwendet, um auf die gleichen oder ähnliche Teile oder Schritte Bezug zu nehmen. Die Zeichnungen liegen in einer vereinfachten Form vor und sind nicht maßstabsgerecht. Nur der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber können Richtungsbegriffe, wie etwa oben, unten, nach oben, nach unten, über, oberhalb, unter usw., oder Bewegungsbegriffe, wie etwa vorwärts, rückwärts, seitwärts, diagonal usw., für die Zeichnungen verwendet werden. Diese und ähnliche Richtungsbegriffe sollen den Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränken.
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Kommen wir zunächst zu den 1 und 2. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer expandierbaren Blase 10 aus einem thermoplastischen Kunststoff, die eine Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 hat, die eine Einheit mit der expandierbaren Blase 10 bildet und eine Innenfläche 24 hat. 2 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht (von oben) eines Teils des Volumens der expandierbaren Blase 10 von 1, die die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie später näher dargelegt wird, stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 für expandierbaren Körper 10 zur Verfügung, die typischerweise aus einem thermoplastischen Kautschukmaterial und dergleichen bestehen, die eine signifikant höhere Festigkeit und Strapazierfähigkeit während des Befüllens und im befüllten Zustand insbesondere an der und um die Verbindungsstelle zwischen der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 und einer Begrenzungswand 16 des expandierbaren Körpers 10 zeigt. Die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Ventilkopf-Teil 18 mit einem peripheren Verschlussflansch 12, der von dem Ventilkopf-Teil 18, wie etwa von dessen oberen Ende, radial abgeht, zum Befestigen an dem inneren oder äußeren Teil der Blase oder Begrenzungswand 16 des entfaltbaren Körpers 10 auf.
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Die Begrenzungswand oder Blase 16 des entfaltbaren Körpers 10 kann aus TPE-Materialien (TPE: thermoplastic polyurethane elastomer; thermoplastisches Polyurethan-Elastomer) oder TPR-Materialien (TPR: thermoplastic rubber; thermoplastischer Kautschuk), wie etwa Polyurethan auf Polyester- oder Polyether-Basis, Polyvinylen, Polyestern, Polyethern usw., bestehen, die zu einer gewünschten Eigenschaft, z. B. Lufthaltevermögen, Abriebfestigkeit usw., beitragen. Kraton ist ein solches bevorzugtes Material zur Verwendung als die Blase oder Begrenzungswand 16 des befüllbaren Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung. Es können auch andere stark dehnbare Materialien verwendet werden, ohne von dem Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Materialien können mit Färbemitteln oder Füllstoffen vermischt werden, um die Farbe einzustellen (z. B. um eine große Figur wie SpongeBob® herzustellen oder einen Gegenstand wie einen Superman-Umhang zu färben), ohne von dem Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In den 3 bis 9 ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 mit den Innendetails des Flüssigkeitsventil-Teils 18 und des radialen Flansches 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie gezeigt ist, weist das Flüssigkeitsventil-Teil 18 eine Mittelbohrung 34 auf, die darin als ein Schlitz hergestellt ist, der als eine begrenzte Öffnung mit einer Innenkontur ausgebildet ist, wie später beschrieben wird. Eine Mittelöffnung 22, die in Verbindung mit der Mittelbohrung 34 des Ventil-Teils 18 steht, hat abgerundete äußere Öffnungslippenkonturen 40A und 40B auf einer ersten und einer zweiten Seite und entsprechende Einlasskonturen 41A und 41B auf der ersten und der zweiten Seite, die entlang der Mittelbohrung 34 entlang einer ersten und einer zweiten Seitenwand 42A und 42B verlaufen, bis sie zugehörige und entsprechende Kurvenkonturen 43A und 43B an einem ersten und einem zweiten Ende erreichen. Die Außenkonturen 40A und 40B sind in einem sich konvex nach außen krümmenden Bogen zum einfachen Einsetzen einer Flüssigkeitszufuhr, wie etwa einer Schlauch- oder Hahnöffnung, gestaltet. Direkt angrenzend an die Außenkonturen 40A und 40B dienen sich konkav nach innen krümmende Einlasskonturen 41A und 41B verschiedenen Zwecken, unter anderem der Verdünnung der Seitenwände 42A und 42B und der maximalen Flexibilität der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 beim Verdichten und Ausdehnen, wobei eine Expansionskraft F (siehe 2) auf den äußeren Teil der Mittelbohrung 34 aufgebracht werden kann, um die gegenüber verlaufenden Seitenwände 42A und 42B zusammenzudrücken, um dort eine vollkommene Flüssigkeitsabdichtung herzustellen. Fachleute dürften erkennen, dass die konkaven Einlasskonturen 41A und 41B auf diese Weise als Spannungsbiegungskonzentratoren dienen, um ein einfaches Schließen der gegenüber verlaufenden Seitenwände 42A und 42B unter der inneren Flüssigkeitsdruckkraft F zu ermöglichen. Darüber hinaus wird in Anbetracht des flexiblen und länglichen Charakters der gegenüber verlaufenden Seitenwände und der spitzen Innenwinkel, in denen ihre Innenflächen zusammengeführt sind (wie in den 6 und 7 zu erkennen ist), nur eine minimale Kraft benötigt, um die Seitenwände 42A und 42B zusammenzudrücken und die Mittelbohrung 34 vollständig zu verschließen, wie es durch die Strichlinien in 2 gezeigt ist.
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Gleichzeitig gestatten die abgerundeten Endkrümmungen 43A und 43B ein einfaches Ablassen der Flüssigkeit (Wasser) aus dem Inneren durch Einsetzen eines einfachen abgerundeten Teils entlang der Innenbohrung, sodass Wasser gleichmäßig und ohne übermäßige Kavitationen über die abgerundeten Endkrümmungen fließt, um das entfaltbare thermoplastische Teil 10 zwischen den Benutzungen schnell zu entleeren.
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Wie weiterhin zu erkennen sein dürfte, ist um den äußeren Teil des radialen Flansches 12, der natürlich jede Größe und Form haben kann und nicht unbedingt rund sein muss, ein dickenreduzierter Bereich 12A mit Bereichen 50 hergestellt, um die Verbindung mit der inneren Begrenzungswand 16 der Blase zu erleichtern, wie in 2 gezeigt ist. Die Bereiche 50 können als integrierte Matrix ähnlicher Materialien in dem entfaltbaren Teil 10 und der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 dargestellt werden, was durch die Verwendung jeder Form von Befestigung, die auf dem Fachgebiet bekannt ist, geschehen kann, wie etwa durch chemische Bindung, mittels Klebstoff, Wärme, Ultraschall, Laser, durch gemeinsames Formen oder in anderer Weise ohne Beschränkung. Die Bereiche 50 können in ihrer Struktur und chemischen Zusammensetzung eine Einheit mit der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 und dem entfaltbaren Teil 10 bilden, wodurch ein ähnlicher Ausdehnungskoeffizient, Temperaturkoeffizient und eine in jeder anderen Hinsicht einheitliche Herstellung gewährleistet werden.
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Optimalerweise beträgt diese Verbesserung des Designs und der Form etwa das 1000- bis 8000-fache der Spannungsfestigkeit und/oder Strapazierfähigkeit der Verbindungsstelle zwischen dem Flüssigkeitsventil und der Begrenzungswand während der Ausdehnung der Flüssigkeit in einer dreidimensionalen Richtung (Strecken, Verdünnen und Ziehen des radialen Flansches 12 und der Begrenzungswand 16 unter Belastung). Da das eine erhebliche Volumenausdehnungsspannung am Ort des Ventils (das sich selbst unterschiedlich ausdehnen kann) verursacht, ist die Auswahl der erfindungsgemäßen Form und von geeigneten Materialien wesentlich für die richtige Funktion.
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Vorzugsweise bestehen die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 und das entfaltbare Teil 10 aus dem gleichen TPR-Material.
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Bei Betrieb kann eine externe Flüssigkeitsleitung, wie etwa ein Schlauch, eine Flüssigkeitspumpe oder eine Hahnkupplung (nicht dargestellt), über die Mittelbohrung 34 der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 eingeführt werden, um die Blase 10 zu entfalten. Nachdem die Blase 10 gefüllt worden ist und die Füllkupplung (nicht dargestellt) aus der Mittelbohrung 34 entfernt worden ist, bringt die unter Druck stehende Flüssigkeit in der Blase 10 die Kraft F auf jede Seite der gegenüber verlaufenden Seitenwände 42A und 42B auf und erzeugt eine vollständige Abdichtung, und gleichzeitig biegen sich die einen spitzen Winkel bildenden Seitenwände, die sich an die gegenüber verlaufenden Seitenwände 42A und 42B anschließen, wie Gelenke (z. B. so, dass die Seitenwände miteinander verschmelzen können). Somit hat die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur oder ein Schlitzventil, das so konfiguriert ist, dass es den Flüssigkeitsdurchfluss im Wesentlichen, wenn nicht vollständig, blockiert, wenn die Füllkupplung aus der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 entfernt wird, um sicherzustellen, dass das Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Blase oder Begrenzungswand 16 nicht durch die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 entweichen kann. Mit anderen Worten, das Ventilteil 18 fungiert als ein Einweg-Flüssigkeitsventil, bis es durch Einsetzen einer Ablasskupplung (nicht dargestellt) wieder geöffnet wird. Vorzugsweise wird die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 durch Spritzgießen hergestellt, aber es können auch andere bekannte Verfahren verwendet werden.
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Während eines beispielhaften Heißsiegelprozesses wird der Flanschbereich 12A mit dem Bereich der Begrenzungswand 16 des entfaltbaren Teils 10 heißverschweißt. Da das Ventilteil 18 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der entfaltbare Körper 10 besteht, liefert die dazwischen entstehende Heißsiegelverbindung eine signifikant höhere Festigkeit als in dem Fall, dass die Materialien nicht gleich sind. Es dürfte klar sein, dass das hier beschriebene vorgeschlagene Verfahren des Sicherns einer entfaltbaren Blase mit einer Ventilbaugruppe in ähnlicher Weise bei alternativen Ausführungsformen angewendet werden kann, ohne von dem Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Es können zwar viele verschiedene Kunststoffe für die vorliegende Erfindung verwendet werden, wie hier dargelegt worden ist, aber es ist herausgefunden worden, dass Kunststoffe wie MedipreneTM 500000M (hergestellt von der Fa. Elasto Division in Hexpol), DryflexTM 500040 (lieferbar über Ricky Engineering Plastics Co., Ltd., Dongguan, China) und VersaflexTM CL2003X (hergestellt von der Fa. PolyOne Americas in Avon Lake, Ohio) bevorzugte Materialien zur Verwendung für die Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 und den befüllbaren Körper 10 sind, um die beste Entfaltbarkeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Intaktheit der Dichtung zwischen der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 und der Begrenzungsöffnung des entfaltbaren Körpers 10 zu erzielen. Versuche dazu, mit welchem Material eine perfekte Elastizität (die eine größtmögliche Elastizität, eine Beibehaltung der Elastizität, eine dauerhafte Elastizität in allen Richtungen und eine Beibehaltung der Elastizität nach der Warmverklebung bedeutet) erzielt werden kann, haben gezeigt, dass MedipreneTM das Material ist, das die beste Elastizität bei Aufrechterhaltung der Heißsiegelverbindung ist. Zwar ermöglichen auch die Materialien DryflexTM und VersaflexTM eine signifikante Elastizität und Ausdehnung, aber sie sind jeweils nicht perfekt elastisch und sind stärker beschränkt als MedipreneTM. Es ist zu beachten, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform die Blase aus jedem der vorgenannten bevorzugten Materialien, insbesondere MedipreneTM 500000M, besteht. Es ist außerdem zu beachten, dass weitere spezielle Material-Angaben zu diesen bevorzugten Materialien im Internet und über Sicherheitsdatenblätter und technische Datenblätter für jedes von einem Hersteller gelieferte Material zu finden sind und dass daher diese Materialien für einen Fachmann erhältlich sind und durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können viele verschiedene Verbindungsmethoden zum Befestigen der Flüssigkeitsventilbaugruppe 14 an den Begrenzungswänden des Teils 10 verwendet werden. Beispiele für diese Verbindungsmethoden sind Warmverklebung, Verbinden mittels Klebstoff und die Verwendung eines Verbindungselements. Die spezielle Verbindungsmethode, die zum Befestigen des Ventils an der Blase verwendet wird, hängt zumindest teilweise von Faktoren ab, zu denen die Materialien gehören, die jeweils das Ventil und die Blase bilden. Insbesondere kann die spezielle Verbindungsmethode, die zum Befestigen des Ventils an der Blase verwendet wird, auf Grund der Materialien gewählt werden, die den Flansch und eine Außenfläche der Blase bilden. Es ist zusätzlich und alternativ festgestellt worden, dass nach diesem Verbinden entlang dem Flanschbereich 12A die Verbindung eine höhere Festigkeit haben kann, wenn der Flansch 12 und die Innen-/Außenfläche der Blase 10 aus kompatiblen (d. h. problemlos warmverklebbaren) thermoplastischen Polymermaterialien bestehen.
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Der hier verwendete Begriff „Warmverklebung”, oder Varianten davon, ist als eine Methode zum Aneinander-Befestigen von zwei Elementen definiert, die ein Erweichen oder Schmelzen eines thermoplastischen Polymermaterials in mindestens einem der Elemente umfasst, sodass die Materialien der Elemente beim Abkühlen aneinander befestigt werden. Zum Beispiel kann die Warmverklebung Folgendes umfassen: (I) Schmelzen oder Erweichen von zwei Elementen, die thermoplastische Polymermaterialien enthalten, sodass sich die thermoplastischen Polymermaterialien einheitlich und monolithisch miteinander vermischen (z. B. über eine Grenzschicht hinweg zwischen den thermoplastischen Polymermaterialien diffundieren) und beim Abkühlen aneinander befestigt werden; (II) Schmelzen oder Erweichen eines ersten Elements, das ein thermoplastisches Polymermaterial enthält, sodass das thermoplastische Polymermaterial in die Struktur eines zweiten Elements hinein reicht oder eindringt, sodass die Elemente beim Abkühlen aneinander befestigt werden; und (III) Schmelzen oder Erweichen eines ersten Elements, das ein thermoplastisches Polymermaterial enthält, sodass das thermoplastische Polymermaterial in Spalte oder Hohlräume, die in einem zweiten Element entstanden sind, hinein reicht oder eindringt, sodass die Elemente beim Abkühlen aneinander befestigt werden und eine Einheit bilden. Somit kann eine Warmverklebung erfolgen, wenn (I) der Flansch 12 und die Innen-/Außenfläche der Blase oder Begrenzungswand 16 thermoplastische Polymermaterialien enthalten; oder (II) nur der Flansch 12 oder die Innen-/Außenfläche der Blase oder Begrenzungswand 16 ein thermoplastisches Material enthält. Die Warmverklebung kann zwar durch Wärmeleitung als die Methode, mit der den Elementen Wärme zugeführt wird, durchgeführt werden, aber die Warmverklebung umfasst zum Beispiel auch die Verwendung von Hochfrequenz-Energie (d. h. Hochfrequenz-Verbindung) und Hochfrequenzschall (d. h. Schall-Verbindung). Außerdem umfasst die Warmverklebung im Allgemeinen nicht die Verwendung von Klebstoffen, sondern sie umfasst das direkte Verbinden von Elementen miteinander durch Wärme. In einigen Fällen können jedoch auch Klebstoffe verwendet werden, um die Warmverklebungsverbindung zu ergänzen, die den Flansch 12 und die Blase oder Begrenzungswand 16 miteinander verbindet.
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Zu den Materialien, die für die Blase oder Begrenzungswand 16 geeignet sind, gehören viele verschiedene hitzehärtbare und thermoplastische Polymermaterialien. Ein Vorzug von thermoplastischen Polymermaterialien ist, dass sie zu der Form jedes Blasen-Elements geformt (z. B. warmgeformt) werden können. Außerdem können thermoplastische Polymermaterialien miteinander warmverklebt werden, sodass Nähte entstehen. Beispiele für Polymermaterialien, die für die Blase oder Begrenzungswand 16 verwendet werden können, sind: Polyurethan, Urethan, Polyester, Polyester-Polyurethan, Polyether, Polyether-Polyurethan, Latex, Polycaprolacton, Polyoxypropylen, Polycarbonatmacroglycol und Gemische davon. Jedes der vorgenannten Materialien kann die Blase oder Begrenzungswand 16 bilden.
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In den Ansprüchen sollen Mittel- oder Schritt-plus-Funktions-Klauseln die hier beschriebenen oder vorgeschlagenen Strukturen als Strukturen einbeziehen, die die angegebene Funktion erfüllen, und sollen nicht nur Struktur-Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen einbeziehen. Zum Beispiel brauchen ein Nagel, eine Schraube und ein Bolzen zwar keine Struktur-Äquivalente zu sein, insofern als ein Nagel auf Reibung zwischen einem Holzteil und einer zylindrischen Fläche setzt, die Schraubenfläche einer Schraube formschlüssig in das Holzteil eingreift und der Kopf und die Mutter eines Bolzens gegenüberliegende Seiten eines Holzteils zusammendrücken, aber im Umfeld der Befestigung von Holzteilen können ein Nagel, eine Schraube und ein Bolzen von einem Fachmann ohne Weiteres als äquivalente Strukturen verstanden werden.
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Nachdem wenigstens eine der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist klar, dass diese Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass die Erfindung nicht auf diese konkreten Ausführungsformen beschränkt ist und dass hier verschiedene Änderungen, Modifikationen und Anpassungen von einem Fachmann vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Weiterhin dürften Fachleute erkennen, dass zahlreiche Änderungen an diesen Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken und den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen. Es dürfte wohlverstanden sein, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Formen verkörpert werden kann, ohne von ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen.
