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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Wie
in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer 2000-274374 offenbart
ist, ist ein Schirmventil mit einer schirmförmigen Komponente und einem
Schaft, der einem Handgriff des Schirms entspricht und im Zentrum
der schirmförmigen
Komponente angeordnet ist, als Rückschlagventil
von kleiner Größe allgemein
bekannt. Die schirmförmige
Komponente ist an der einen von zwei Oberflächen, d.h. einer Dichtungsfläche einer
Trennwand angeordnet, um eine durch die Trennwand hindurch gehende Öffnung zu überdecken.
Der Schaft ist von der Trennwand derart abgestützt, dass die schirmförmige Komponente
mit der Dichtungsfläche
verformbar in Kontakt gebracht ist. Auf diese Weise hat das Schirmventil
die Funktion eines Rückschlagventils.
Im Spezielleren gestattet das Schirmventil, dass eine Strömung unter
Aufbringung eines Fluiddrucks auf die Innenseite der schirmförmigen Komponente
unter Verformung der schirmförmigen
Komponente durch die Öffnung
hindurch strömt,
während
das Schirmventil eine Strömung
blockiert, die einen Fluiddruck auf die Außenseite der schirmförmigen Komponente
aufbringt.
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Auf
Grund von Untersuchungen haben die Erfinder jedoch herausgefunden,
dass dieses Schirmventil nur dann ausreichende Dichtungseigenschaften
aufweisen kann, wenn die Dichtungsfläche eben genug ist und die
Dichtungsfläche
mit einem gleichmäßigen Druck
mit der Innenseite der schirmförmigen Komponente
in Kontakt steht. Dieses Problem wird bei Verringerung der Größe des Schirmventils
noch ausgeprägter.
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Ferner
wird das Schirmventil als Rückschlagventil
für eine
Vorrichtung mit niedrigem Profil verwendet, wie zum Beispiel für eine piezoelektrische
Pumpe. Da die piezoelektrische Pumpe häufig für einen wassergekühlten Notebook-Computer verwendet
wird, sollte die piezoelektrische Pumpe ultradünn ausgebildet sein, so dass
ein Bedarf für
dünnere
Schirmventile besteht. Andere Arten von Rückschlagventilen, wie diese
in den
japanischen ungeprüften Patentanmeldungen
mit den Veröffentlichungsnummern
9-250461 ,
9-329271 und
2003-90447 offenbart sind, sind
mit dem gleichen Problem behaftet, wie das vorstehend beschriebene Rückschlagventil.
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Ein
Rückschlagventil
des vorstehend beschriebenen Typs gemäß dem Stand der Technik ist aus
der
US-A-5 803 122 bekannt.
Dieses Rückschlagventil
besitzt eine Ventilkomponente mit einer Dichtung, die aus einem
dünnen
elastischen Teil mit einer konstanten Dicke gebildet ist. Ein Bereich
der Bodenfläche
dieses Teils der Ventilkomponente steht mit dem kreisförmigen Rand
der Trennwand in Kontakt.
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Die
JP-59-037284A offenbart
eine Rückschlagventilkomponente,
bei der eine ringförmige
Erhebung an der äußeren Peripherie
einer scheibenförmigen
Dichtung ausgebildet ist, wobei die Erhebung in Richtung auf die
obere Oberfläche
einer Trennwand gerichtet ist. Der äußere Endbereich der ringförmigen Erhebung
tritt mit der Oberfläche
der Trennwand in Kontakt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung eines
kompakten Rückschlagventils
vom Schirm-Typ mit niedrigem Profil, das eine Ventilkomponente beinhaltet,
die aus einem einzigen elastischen Körper gebildet ist, wobei das
Rückschlagventil
ausgezeichnete Dichtungseigenschaften aufweist.
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Das
Rückschlagventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Die
Dichtung der Ventilkomponente kann planar bzw. in einer Ebene angeordnet
sein, wenn die Ventilkomponente nicht an der Trennwand angebracht
ist. Der Rand der Bodenfläche
der Dichtung, der mit dem kreisförmigen
Rand in Kontakt tritt, ist ringförmig
abgeschrägt
ausgebildet, und die Dicke der Dichtung kann in Richtung auf den äußeren Rand reduziert
sein.
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Das
Rückschlagventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung hat unabhängig
von der Planarität
der Dichtung ausgezeichnete Dichtungseigenschaften, da die Bodenfläche der
Dichtung der Ventilkomponente in linienförmigen Kontakt mit dem kreisförmigen Rand
steht, der durch den Niveauunterschied zwischen der Trennwand und
dem dünnen
kreisförmigen
Bereich gebildet ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Längsschnittdarstellung
zur Erläuterung
eines Beispiels einer piezoelektrischen Pumpe, die Rückschlagventile
beinhaltet;
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2 eine
Längsschnittdarstellung
zur Erläuterung
einer Ventilkomponente des Rückschlagventils
in einem freien Zustand;
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3 eine
Längsschnittdarstellung
der Ventilkomponente der 2, die an einer Trennwand angebracht
ist, wobei das Rückschlagventil
geschlossen ist;
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4 eine
Längsschnittdarstellung
der vorstehend beschriebenen Ventilkomponente bei geöffnetem
Rückschlagventil;
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5 eine
teilweise im Schnitt dargestellte Perspektivansicht des Rückschlagventils;
und
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6 eine
Längsschnittdarstellung
zur Erläuterung
eines Rückschlagventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Rückschlagventils,
das in einer piezoelektrischen Pumpe verwendet wird. Ein Gehäuse 10 beinhaltet ein
oberes Gehäuseteil 10a und
ein unteres Gehäuseteil 10b,
und ein piezoelektrischer Schwinger 11 ist in hermetisch
abgeschlossener Weise dazwischen eingeklemmt. Die Dicke des piezoelektrischen Schwingers 11 ist
zum Zweck der Erläuterung übertrieben
dargestellt, und die tatsächliche
Dicke beträgt weniger
als 1,5 mm. Das obere Gehäuseteil 10a weist
einen hohlen Bereich 13 auf, und eine variable Kammer 12 ist
zwischen dem hohlen Bereich 13 und dem piezoelektrischen
Schwinger 11 gebildet.
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Das
obere Gehäuseteil 10a besitzt
einen Einlass 14A und einen Auslass 14B für Flüssigkeit,
d. h. Kühlwasser.
Der Einlass 14A steht mit einem Einlassreservoir 15A in
Verbindung, während
der Auslass 14B mit einem Auslassreservoir 15B in
Verbindung steht. Eine Trennwand 16A ist zwischen dem Einlassreservoir 15A und
der variablen Kammer 12 angeordnet, und eine Trennwand 16B ist
zwischen dem Auslassreservoir 15B und der variablen Kammer 12 angeordnet.
Rückschlagventile 17A und 17B sind
an den Trennwänden 16A bzw. 16B angebracht. Das
Rückschlagventil 17A gestattet
eine Strömung von
dem Einlass 14A (dem Einlassreservoir 15A) zu der
variablen Kammer 12 und blockiert eine Strömung in
der entgegengesetzten Richtung. Andererseits gestattet das Rückschlagventil 17B eine
Strömung
aus der variablen Kammer 12 zu dem Auslass 14B (dem
Auslassreservoir 15B) und blockiert eine Strömung in
der entgegengesetzten Richtung.
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Wenn
sich bei der vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Pumpe der
piezoelektrische Schwinger 11 verformt und dadurch die
Kapazität
der variablen Kammer 12 vergrößert wird, öffnet sich das Rückschlagventil 17A,
und das Rückschlagventil 17B schließt sich,
und auf diese Weise strömt
die Flüssigkeit
von dem Einlass 14A (dem Einlassreservoir 15A)
in die variable Kammer 12. Wenn sich der piezoelektrische
Schwinger 11 andererseits derart verformt, dass die Kapazität der variablen
Kammer 12 verringert wird, öffnet sich das Rückschlagventil 17B,
und das Rückschlagventil 17A schließt sich,
so dass die Flüssigkeit
von der variablen Kammer 12 in den Auslass 14B (das
Auslassreser voir 15B) strömt. Somit kann Flüssigkeit
durch abwechselnde Verformung oder Schwingung des piezoelektrischen Schwingers 11 gepumpt
werden. Ein solcher piezoelektrischer Schwinger ist allgemein bekannt.
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Die
Konstruktion der Rückschlagventile 17A und 17B ist
identisch, wobei sie jeweils eine Ventilkomponente 17 und
eine Trennwand 16 aufweisen. Die Ventilkomponente 17 und
die Trennwand 16 werden nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
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Die
in 2 dargestellte Ventilkomponente 17 ist
in Bezug auf eine Achse 17X symmetrisch. Die Ventilkomponente 17 ist
aus einem einzigen elastischen Körper
gebildet und beinhaltet eine Scheibendichtung 171 und einen
Schaft 172, der sich orthogonal von der unteren Mitte der
Dichtung 171 weg erstreckt. Die Bodenfläche bzw. untere Oberfläche 173 der
Dichtung 171 ist im freien Zustand, d.h. wenn die Ventilkomponente 17 nicht
an der Trennwand 16 angebracht ist, vorzugsweise eben bzw.
planar ausgebildet. Der Schaft 172 weist an seinem freien
Ende eine Anschlagschulter 174 auf.
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Die
Trennwand 16 ist im wesentlichen eben ausgebildet und beinhaltet
einen ebenen (dicken) Bereich 161, der dem äußeren Rand
der Bodenfläche
der Dichtung 171 gegenüberliegt,
sowie einen dünnen
kreisförmigen
Bereich 162, der in dem ebenen Bereich 161 ausgebildet
ist. Die Höhendifferenz zwischen
dem ebenen Bereich 161 und dem dünnen kreisförmigen Bereich 162 bildet
eine kreisförmige Kante 163.
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Eine
Ventilabstützöffnung 164,
die die Ventilkomponente 17 haltert, ist im Zentrum des
dünnen kreisförmigen Bereichs 162 ausgebildet,
und eine Mehrzahl von Ventilationsöffnungen 165 ist um
die Ventilabstützöffnung 164 herum
ausgebildet. Diese Ventilationsöffnungen 165 kommunizieren
sowohl mit der variablen Kammer 12 als auch dem Einlassreservoir 15A oder
dem Auslassreservoir 15B, wie diese in 1 dargestellt
sind. Der Schaft 172 der Ventilkomponente 17 ist
in die Ventilabstützöffnung 164 der
Trennwand 16 eingepasst und durch die Anschlagschulter 174 festgelegt,
die radial von der Ventilabstützöffnung 164 hervor
steht.
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Wenn
der Schaft 172 in der Ventilabstützöffnung 164 angebracht
ist, befindet sich zumindest in einem Zustand, in dem die Dichtung 171 nicht
mit Fluiddruck beaufschlagt wird, die Bodenfläche der Dichtung 171 an
einer dem äußeren Rand
der Dichtung 171 benachbarten Stelle in linienförmigem Kontakt
mit dem kreisförmigen
Rand 163. Mit anderen Worten wird die Bodenfläche der
ebenen Dichtung 171 derart verformt, dass sie an der Grenzfläche zwischen
dem Schaft 172 und der Dichtung 171 mit dem dünnen kreisförmigen Bereich 162 in
Kontakt steht, wobei als Ergebnis hiervon die Bodenfläche der
Dichtung 171 an einer Stelle in der Nähe des äußeren Rands der Dichtung 171 in
linienförmigen
Kontakt mit der kreisförmigen
Kante 163 tritt, anstatt in einen flächigen Kontakt mit dem ebenen
Bereich 161 zu treten. Die Position der Anschlagschulter 174 des Schafts 172,
d.h. die Länge
der Ventilabstützöffnung 164,
ist derart festgelegt, dass die Dichtung 171 in der vorstehend
beschriebenen Weise verformt wird. Unter dem Begriff "linienförmiger Kontakt" in der vorliegenden
Beschreibung ist kein geometrischer Kontakt zu verstehen, sondern
ein Kontakt zwischen der Bodenfläche
der Dichtung 171 und der kreisförmigen Kante 163 mit
dem höchstmöglichen
Kontaktdruck, mit dem sich hohe Dichtungseigenschaften erzielen lassen.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist bei hohem Druck an der oberen
Oberfläche
der Dichtung 171 der Ventilkomponente 17 die Dichtung 171 mit
einem hohen Kontaktdruck gegen die kreisförmige Kante 163 gedrückt, um
dadurch den Fluidkanal zu schließen. Wie in 4 gezeigt
ist, ist bei hohem Druck an der Bodenfläche der Dichtung 171 die
Dichtung 171 von der kreisförmigen Kante 163 getrennt,
um den Fluidkanal zu öffnen.
Auf diese Weise hat die vorstehend beschriebene Konstruktion die
Funktion eines Rückschlagventils.
Wenn das Rückschlagventil
geschlossen ist, befindet sich die Dichtung 171 der Ventilkomponente 17 in
Linienkontakt mit der kreisförmigen Kante 163 der
Trennwand 16. Als Ergebnis hiervon lassen sich im Vergleich
zu einem bekannten Schirmventil, dessen Dichtung sich in flächigem Kontakt
mit einem ebenen Bereich befindet, höhere Dichtungseigenschaften
erzielen. Die Planarität
des ebenen Bereichs 161 hat nur wenig Auswirkung auf die
Dichtungseigenschaften. Wenn das Rückschlagventil geöffnet ist,
sind ferner der Fluidkanal gleichmäßiger und der Kanalwiderstand
geringer als bei dem Schirmventil. Ferner kann das Rück schlagventil
im Vergleich zu dem bekannten Schirmventil, das eine schirmförmige Ventilkomponente
aufweist, mit einem niedrigeren Profil ausgebildet sein.
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6 veranschaulicht
das Rückschlagventil gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist eine ringförmig
abgeschrägte Fläche 175 entlang
dem Rand der Bodenfläche
der ebenen Dichtung 171 der Ventilkomponente 17 durch Reduzieren
der Dicke der Dichtung 171 in Richtung auf den äußeren Rand
gebildet, um den linienförmigen
Kontakt mit der kreisförmigen
Kante 163 sicherzustellen.