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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil umfassend ein Ventilgehäuse, einen Ventilsitz und eine flexible Ventilmembran.
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Solche Rückschlagventile mit einer flexiblen Ventilmembran finden unter anderem in Kraftfahrzeugen Anwendung und sind dort beispielsweise an einem Bremskraftverstärker eingesetzt, wo sie zwischen einem Unterdruckspeicher und einer Unterdruckquelle verbaut sind. Das Rückschlagventil verhindert dabei ein Rückströmen des Fluides, insbesondere der Luft aus der Unterdruckquelle in Richtung des Unterdruckspeichers, sodass der Unterdruck auch bei einem Abschalten der Unterdruckquelle aufrechterhalten bleibt und die Bremskraftunterstützung gewährleistet ist.
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Zum einen sollen solche Rückschlagventile in der Regel einen geringen Öffnungsdruck aufweisen, um ein schnelles Öffnen des Ventiles zu gewährleisten, sodass Fluid das Rückschlagventil in Durchlassrichtung durchströmen kann. Zum anderen ist eine gute Druckbeständigkeit in Sperrrichtung erforderlich, um beispielsweise einen ausreichenden Schutz gegen Druckschläge bei Fehlzündungen zu gewährleisten.
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Zum Öffnen und Schließen des Rückschlagventiles weist ein innerhalb des Ventilgehäuses ausgebildeter Ventilsitz, auf welchem die Ventilmembran angeordnet ist, mehrere Durchlassöffnungen auf, die von der Ventilmembran in Sperrrichtung verschlossen und in Durchlassrichtung freigegeben werden. Bekannt sind beispielsweise Ventilsitze mit kreisrunden Durchlassöffnungen. Ein solcher Ventilsitz 28 auf einem Ventilgehäuse 2a ist beispielhaft in 1 gezeigt. Dieser weist als Durchlassöffnungen 30 sechs Runde Durchgangsbohrungen auf. Diese haben jedoch den Nachteil, dass einerseits der Strömungsquerschnitt nicht ideal genutzt wird und somit hohe Druckverluste innerhalb des Rückschlagventils entstehen. Bei Vergrößerung der Durchlassöffnungen kann jedoch kein ausreichender Schutz gegen Druckschläge bei Fehlzündungen gewährleistet werden. Bei kleineren Durchlassöffnungen, die weitestgehend gegen Druckschläge resistent sind, ist allerdings der Strömungswiderstand deutlich erhöht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rückschlagventil anzugeben, welches hinsichtlich der vorstehend genannten Gesichtspunkte verbessert ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Rückschlagventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das Rückschlagventil umfasst ein Ventilgehäuse, welches einen zylindrischen Abschnitt aufweist und einen in dem zylindrischen Abschnitt ausgebildeten, senkrecht zu einer Längsachse des zylindrischen Abschnittes orientierten Ventilsitz. Der Ventilsitz weist Durchlassöffnungen auf. An dem Ventilsitz ist eine flexible Ventilmembran angeordnet, die dazu ausgebildet ist, die Durchlassöffnungen zumindest teilweise freizugeben, um eine Strömung eines Fluides durch den zylindrischen Abschnitt in einer ersten Richtung, also der Durchlassrichtung des Rückschlagventils, zu erlauben, oder die Durchlassöffnungen zu verschließen, um eine Strömung eines Fluides durch den zylindrischen Abschnitt in einer zweiten Richtung, also in Gegenrichtung bzw. in Sperrrichtung des Rückschlagventils zu verhindern. Erfindungsgemäß sind die Durchlassöffnungen von zwei sich gegenüberliegenden parallelen gebogene Linienabschnitten begrenzt.
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Bei bisherigen Ventilsitzen, die eine gute Resistenz gegen Druckschläge aufweisen, sind die Durchlassöffnungen klein gewählt. Überraschenderweise konnte nun festgestellt werden, dass mit Durchlassöffnungen, die von zwei sich gegenüberliegenden parallelen gebogene Linienabschnitten begrenzt sind, sowohl ein geringer Strömungswiderstand als auch eine gute Resistenz gegen Druckschläge erreicht wird.
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„Zwei sich gegenüberliegende parallele gebogene Linienabschnitte“ schließt erfindungsgemäß auch solche Fälle ein, in denen die Linienabschnitte nicht exakt parallel verlaufen und/oder die Biegeradien der gebogenen Linien geringfügig voneinander abweichen. Die gebogenen Linienabschnitte sind insbesondere Kegelschnittlinienabschnitte, d.h. ein Teil eines Kreises, einer Ellipse, einer Parabel oder einer Hyperbel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Durchlassöffnungen als Kreisringsektor ausgebildet. In diesem Fall ist der gebogene Linienabschnitt ein Teil eines Kreises.
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Vorteilhafterweise ist der Ventilsitz integral mit dem Ventilgehäuse ausgebildet.
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Die Durchlassöffnungen können auf zumindest einem Umfangskreis angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung bilden Durchlassöffnungen mit dazwischen angeordneten Stegen einen Vollkreis.
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In einer Ausgestaltung sind die Durchlassöffnungen auf zumindest zwei Umfangskreisen angeordnet.
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Zweckmäßigerweise weisen die Durchlassöffnung eine geringere Erstreckung der Durchlassöffnungen in Radialrichtung als in Umfangsrichtung auf. Unter einer „Erstreckung der Durchlassöffnung in Radialrichtung“ wird der Abstand der sich gegenüberliegenden parallelen gebogenen Linienabschnitte verstanden. Unter einer „Erstreckung der Durchlassöffnung in Umfangsrichtung“ wird eine Bogenlänge einer zentral zwischen den parallelen gebogenen Linienabschnitten verlaufenden Linie verstanden. Durch diese Ausgestaltung wird die Druckschlagfestigkeit des Rückschlagventils erhöht.
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In einer Ausgestaltung weist der Ventilsitz acht Durchlassöffnungen auf. Dabei kann der Ventilsitz vier Durchlassöffnungen in einem radial inneren Umkreis aufweisen und vier oder acht Durchlassöffnungen in einem äußeren Umkreis aufweisen.
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Stege können sich zwischen den Durchlassöffnungen radial nach außen erstrecken.
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Der Abstand zwischen zwei radial benachbarten Durchlassöffnungen kann kleiner als eine Erstreckung der Durchlassöffnung in Radialrichtung sein.
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Der Abstand zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Durchlassöffnungen ist insbesondere kleiner als 50% einer Erstreckung der Durchlassöffnung in Umfangsrichtung.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 Ventilgehäuse eines Rückschlagventils mit Durchgangsbohrungen nach dem Stand der Technik
- 2 erfindungsgemäßes Rückschlagventil in einem Längsschnitt
- 3 Ventilgehäuse eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils mit acht Kreisringsektor-förmigen Durchlassöffnungen
- 4 Aufsicht auf den Ventilsitz nach 3
- 5 Ventilgehäuse eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils mit zehn Kreisringsektor-förmigen Durchlassöffnungen
- 6 Aufsicht auf den Ventilsitz nach 5
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2 zeigt ein Rückschlagventil 8 im Querschnitt. Das Rückschlagventil 8 umfasst ein Ventilgehäuse 2a, welches im Montagezustand mit einem Gehäuseendstück 2c druckdicht verschlossen ist. Das Ventilgehäuse 2a weist einen zylindrischen Abschnitt 3 und einen Ventilsitz 28 auf, der in dem zylindrischen Abschnitt 3 ausgebildet und senkrecht zu einer Längsachse L des zylindrischen Abschnittes 3 orientiert ist und Durchlassöffnungen 30 aufweist. Der Ventilsitz 28 ist vorliegend integral mit dem Ventilgehäuse 2a ausgebildet.
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Das Rückschlagventil 8 weist einen ersten Anschluss 4a und einen zweiten Anschluss 4b zur Integration in ein, ein Fluid 6, vorliegend Luft, angedeutet durch Pfeile 6, führendes Leitungssystem, beispielsweise zur Integration im Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeuges, auf.
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Das Rückschlagventil 8 umfasst ferner eine flexible Ventilmembran 10, vorliegend eine scheibenförmige Ventilmembran 10, die an dem Ventilsitz 28 des Ventilgehäuses 2a angeordnet ist. Der Ventilsitz 28 weist Haltemittel, vorliegend einen sich in Richtung der Längsachse des zylindrischen Abschnittes 3 erstreckenden Vorsprung 32 in Form eines Zapfens, zum Halten der flexiblen Ventilmembran 10 sowohl in der Freigabestellung als auch in der Schließstellung auf. Zusätzlich wird die Ventilmembran 10 zwischen dem Ventilgehäuse 2a und dem Gehäuseendstück 2c fixiert. Der Zapfen 32 greift in eine Durchgangsöffnung 12 der Ventilmembran 10 ein. Die flexible Ventilmembran 10 ist dazu ausgebildet, die Durchlassöffnungen 30 zumindest teilweise freizugeben, um eine Strömung des Fluides 6 durch den zylindrischen Abschnitt 3 in einer ersten Richtung, und zwar vom ersten Anschluss 4a zum zweiten Anschluss 4b, zu erlauben, oder die Durchlassöffnungen 30 zu verschließen, um eine Strömung des Fluides 6 in einer zweiten Richtung, nämlich vom zweiten Anschluss 4b zum ersten Anschluss 4a hin zu verhindern.
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3 zeigt das Ventilgehäuse 2a in einer ersten Ausführungsform in einer Schrägsicht. Der Ventilsitz 28 weißt zentral einen Vorsprung 32 auf. Um den Vorsprung 32 sind in zwei Umkreisen Durchlassöffnungen 30 angeordnet. Die Durchlassöffnungen 30 werden durch Stege 34 voneinander beabstandet. Jede der Durchlassöffnungen 30 ist als Kreisringsektor ausgestaltet. In diesem Fall sind jeweils vier Viertelkreis Kreisringsektoren in einem Umkreis so angeordnet, dass sie einen durch die Stege 34 unterbrochenen Vollkreis bilden. Die Stege 34 erstrecken sich vom Vorsprung 32 radial nach außen.
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In 4 ist eine Aufsicht auf den Ventilsitz 28 dieser Ausführungsform dargestellt. In einer Radialrichtung R ist der Abstand zwischen den Durchlassöffnungen 30 geringer als die Öffnungsbreite der Durchlassöffnungen, welche als Erstreckung der Durchlassöffnung in Radialrichtung E2 gekennzeichnet ist. Der Abstand zwischen den Durchlassöffnungen 30 kann in einem anderen Beispiel aber auch gleich oder größer als die Öffnungsbreite der Durchlassöffnungen sein. Die Erstreckung der Durchlassöffnung in Radialrichtung E2 ist größer als eine Erstreckung der Durchlassöffnung in Umfangsrichtung E1 . Die Öffnungsbreite in Radialrichtung aller Durchlassöffnungen 30 ist in dieser Ausführungsform gleich. Eine solche Ausgestaltung und Anordnung der Durchlassöffnungen 30 ermöglicht gleichzeitig eine hohe Rückschlagfestigkeit und einen geringen Strömungswiderstand.
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5 zeigt das Ventilgehäuse 2a in einer zweiten Ausführungsform in einer Schrägsicht. Der Ventilsitz 28 weist auch zentral einen Vorsprung 32 auf. Um den Vorsprung 32 sind in zwei Umkreisen Durchlassöffnungen 30 angeordnet. Die Durchlassöffnungen 30 werden durch Stege 34 voneinander beabstandet. Jede der Durchlassöffnungen ist als Kreisringsektor ausgestaltet. In diesem Fall sind im radial inneren Umkreis vier Viertelkreis Kreisringsektoren angeordnet. Im radial äußeren Umkreis sind acht Achtelkreis Kreisringsektoren angeordnet. In 6 ist eine Aufsicht auf den Ventilsitz 28 dieser Ausführungsform dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 2a
- Ventilgehäuse
- 2c
- Gehäuseendstück
- 3
- zylindrischer Abschnitt
- 4a
- erster Anschluss
- 4b
- zweiter Anschluss
- 6
- Fluid
- 8
- Rückschlagventil
- 10
- Ventilmembran
- 12
- Durchgangsöffnung
- 28
- Ventilsitz
- 30
- Durchlassöffnungen
- 32
- Vorsprung
- 34
- Stege
- E1
- Erstreckung der Durchlassöffnung in Umfangsrichtung
- E2
- Erstreckung der Durchlassöffnung in Radialrichtung
- R
- Radialrichtung
- S
- Symmetrieachse
- U
- Umfangsrichtung
- L
- Richtung der Längsachse
