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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil und insbesondere ein Ventil,
das elastisch verformbare Lippen aufweist, die aus einer geschlossenen Stellung
in eine offene Stellung verformt werden können und die danach die geschlossene
Stellung wieder einnehmen können.
Ventile dieser Art werden manchmal als Schnabel-Ventile (cuspic
valves) bezeichnet.
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Dem
Stand der Technik entsprechende Schnabel-Ventile werden in der Schlammverarbeitungsindustrie
als Einweg- oder Rückschlag-Ventile an
den Einlässen
und Auslässen
von Schlammpumpen verwendet. Ein dem Stand der Technik entsprechendes
Schnabel-Ventil
auf der Einlassseite einer Verdrängerpumpe
arbeitet folgendermaßen:
Während
des nach oben gerichteten Hubs Verdrängerpumpe, bei dem Fluid in
die Pumpe gezogen wird, verformt der Fluiddruck am Einlass die Lippen
des Ventils derart, dass sie aufklaffen und dadurch das Fluid in
die Pumpe eintreten lassen. Während
des abwärts
gerichteten Hubs der Verdrängerpumpe,
bei dem das Fluid aus der Pumpe ausgestoßen wird; nehmen die Lippen
ihre geschlossene Stellung wieder ein und dichten den Pumpeneinlass
dabei ab.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Lippen derartiger Ventile über einen
längeren
Zeitraum hinweg die Tendenz besitzen, auszuleiern oder offen zu
bleiben, so dass die Lippen nicht mehr länger eine wirksame Dichtung
durch gegenseitiges Anliegen bilden können. Man nimmt an, dass dies
eine Reaktion auf eine mechanische Ermüdung und/oder die chemischen Einwirkungen
aus dem Schlamm ist. Infolge hiervon kann die Wirksamkeit der zugehörigen Pumpe
ernstlich verschlechtert werden.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Form
der Lippen so gewählt
werden kann, dass ihre inhärente,
strukturelle Widerstandsfähigkeit
gegen die oben erwähnte
Verformung erhöht
werden kann.
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Bekannte,
geformte Schnabel-Ventile werden so ausgebildet, dass die Form der
Ventillippen in einer von zwei Möglichkeiten
festgelegt ist: Entweder werden sie über die Länge der Lippe hinweg mit gleichförmiger Dicke
ausgebildet und sind rechteckig, oder sie haben eine konvexe Form
(wobei die Lippen nach außen
gebogen sind), um zu versuchen, den Druck gleichförmiger über die
Oberfläche
des Formkörpers
zu verteilen.
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Die
US-Patentschrift 4,870,992 beschreibt eine einen Rückstrom
verhindernde Einrichtung zur Verwendung in Abwasserleitungen und
dergleichen, die ein einstückiges,
nachgiebig verformbares Ventilelement umfasst, das den freien Strom
von Flüssigkeiten
in einer Richtung ermöglicht,
aber den Strom von Flüssigkeiten
und Gasen in der entgegen gesetzten Richtung blockiert.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 278 125 beschreibt eine flexible Speicher- und Abgabe-Verpackung
für fluidförmiges Material.
Die Verpackung umfasst ein selbstdichtendes Abgabeventil, das sich
bei einem vorbestimmten Schwellenwert öffnet, wobei das Abgabeventil
einen zentral angeordneten Teil aufweist, der aus elastischem Material
besteht und eine vorbestimmte konkave Form in einem im wesentlichen
unbelasteten Zustand aufweist. Der konkav geformte, elastische Teil
des Ventils umfasst weiterhin wenigstens einen im Wesentlichen linearen Schlitz.
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Die
europäische
Patentanmeldung EP-A-0 545 678 beschreibt eine Abgabeverpackung
für fluidförmige Produkte,
wie z.B. flüssige
Seifen, die einen Behälter
mit einem selbstdichtenden Abgabeventil umfasst.
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Das
französische
Patent Nr. 996998, das den am nächsten
kommenden Stand der Technik darstellt, beschreibt eine Verschlussvorrichtung
für Kunststoffschläuche, die
einen Körper
aus einem elastischen Material mit einer oberen Fläche und
einem Ringflansch aufweist. Die obere Fläche besitzt einen zentral vertieften
Teil, der mit wenigstens einem Schlitz durchbrochen ist. Auf der äußeren Oberfläche der
oberen Fläche
befinden sich zwei longitudinale Vorsprünge oder Lippen längs der
Seiten des Schlitzes. Auf der Innenoberfläche der oberen Fläche befindet
sich eine tief geschnittene Form, die einen Eingang zur sich selbst
schließenden Öffnung der Vorrichtung
bildet.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Ventil gemäß Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche. Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Das
Verbiegen der verformbaren Lippe, insbesondere an ihrem inneren
Teil, erhöht
die inhärente,
strukturelle Widerstandsfähigkeit
des Ventils gegen die oben erwähnte
Verformung.
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Das
interne Lippenprofil legt fest, wo das Ventil dicht schließt, und
es ist dies der Bereich, in dem ein Ventil ausfällt, wenn im Material irgendeine Verformung
auftritt. Das nach innen gerichtete Biegen der Lippen hilft für eine wirksame
Dichtung dadurch, dass die Lippen gegeneinander gepresst werden,
während
sich der äußere Teil
des Ventils auseinander zu spreizen sucht.
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Der äußere Teil
der verformbaren Lippen kann längs
seiner Längsachse
ebenfalls nach innen gebogen sein. Vorzugsweise sind alle Lippen
verformbar.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Ventil ein einziges Lippenpaar.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
umfasst das Ventil drei Lippenpaare. Jedes Lippenpaar erstreckt
sich von einem einzelnen, zentralen Bereich nach außen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
umfasst das Ventil vier Lippenpaare. Jedes Lippenpaar erstreckt
sich von einem einzigen, zentralen Bereich nach außen, wobei
die Lippen in der ersten unverformten Stellung eine Kreuzform bilden.
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Der
Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch das Material eingeschränkt, aus
dem das Ventil hergestellt wird, oder auf sein Herstellverfahren.
Beispielsweise kann das Ventil aus Gummi oder Kunststoff bestehen
und kann durch Gießen
hergestellt oder auf einer Formvorrichtung geformt werden.
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Das
Ausmaß der
Biegung des äußeren Teils kann
von dem des inneren Teils verschieden sein.
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Vorzugsweise
ist die Biegung des inneren Teils größer als die Biegung des äußeren Teils.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigen:
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1(a) und 1(b) perspektivische
Darstellungen eines nur ein Lippenpaar aufweisenden Rückschlagventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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1(c) das Ventil aus den 1(a), 1(b) im Schnitt der Linie A-A aus 1(b) gesehen;
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2(a) eine perspektivische Darstellung eines weiteren,
ein Lippenpaar aufweisenden Rückschlagventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2(b) das Ventil aus 2(a) gesehen
in der Schnittansicht längs
der Linie B-B aus 2(a);
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2(c) das Ventil aus 2(a) von
oben gesehen, wobei Teile weggelassen sind;
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3(a) eine perspektivische Darstellung eines drei
Lippenpaare umfassenden Rückschlagventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie
C-C aus 3(a) des Ventils aus 3(a);
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4(a) eine perspektivische Ansicht eines vier Lippenpaare
umfassenden Rückschlagventils gemäß der vorliegenden
Erfindung, und
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4(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie
D-D in 4(a) des Ventils aus 4(a).
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In
den 1 (a-c) ist ein ein Lippenpaar
umfassendes Schnabel-Ventil, das aus einem elastisch verformbaren
Material, wie z.B. Naturgummi oder synthetischem Gummi, hergestellt
ist, mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Ventil 10 umfasst eine
ring förmige
Basis 12 an seinem ersten Einlassende, einen Durchgang 25 an
seinem zweiten, gegenüberliegenden
Auslassende und eine Wand 14, welche die Basis 12 und
den Durchgang 25 miteinander verbindet und zwischen diesen
eine Kammer umschließt.
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Der
Durchgang 25 wird von zwei Lippen 30, 31 definiert,
wobei jede Lippe lang gestreckte innere und äußere Teile umfasst, die durch
die Indizes a bzw. b bezeichnet sind, sowie einen lang gestreckten Dichtabschnitt,
der mit dem Index c bezeichnet ist und, wie in den 1(a) und 1(b) dargestellt,
mit dem Dichtabschnitt der anderen Lippe in Eingriff steht. Das
Ventil 10 ist so verformbar, dass die Lippen 30, 31 aufklaffen,
so dass ihre Dichtabschnitte 30c, 31c nicht länger miteinander
in Eingriff stehen und somit einen Auslass bilden. Sobald die verformende Kraft
nicht mehr einwirkt, nehmen die Lippen 30, 31 die
dargestellte geschlossene Position ein.
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Dies
kann weiter dadurch erläutert
werden, dass man den Betrieb des Ventils 10 bei seiner
Verwendung am Einlass einer Verdrängerpumpe betrachtet. Das Ventil 10 ist
so angeordnet, dass sich die Lippen 30, 31 näher bei
der inneren Kammer der Verdrängungspumpe
befinden als die Basis 12. Während des nach oben gerichteten
Hubs der Pumpe, bei dem Fluid in die Pumpe gezogen wird, bewirkt
der Druck des Fluids, das in das Ventil 10 eintritt, so
wie durch den Pfeil F in 1(a) dargestellt,
die Verformung und somit das Aufklaffen der Lippen 30, 31, das
es dem Fluid erlaubt, durch das Ventil 10 zu strömen. Während des
abwärts
gerichteten Hubes der Pumpe nehmen die Lippen 30, 31 ihre
geschlossene Position ein (in der die Dichtbereiche 30c, 31c dichtend
aneinander anliegen) und verschließen dadurch den Pumpeneinlass.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht die
nach innen gerichtete Biegung der Lippen 30, 31 die
inhärente,
strukturelle Widerstandsfähigkeit
des Ventils 10 gegen die oben erwähnte Verformung. Es wird angenommen,
dass dies der Fall ist, weil dann, wenn das Ventil beginnt, sich
durch Aufklaffen zu verformen, was für unvermeidbar gehalten wird,
die Form der Lippen 30, 31 die Dichtbereiche 30c, 31c zumindest
im Bereich ihrer inneren Teile 30a, 31a näher zueinander
drückt,
wodurch die Dichtung aufrecht erhalten wird.
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Die übrigen Figuren
zeigen die Anwendung des Konzeptes der vorliegenden Erfindung auf
andere Arten von Schnabel-Ventilen. In allen diesen Figuren wurde
ein analoges System von Bezugszeichen verwendet.
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Das
innere Lippenprofil des Schnabel-Ventils gemäß der Erfindung führt zu einer
großen
Verbesserung in der Ventil-Gesamtzuverlässigkeit, da dies der Bereich
ist, in dem das Ventil dichtet, und da somit auch hier ein Ausfall
des Ventils erfolgt, wenn sich irgendeine. Verformung des Gummis
oder des anderen Materials ergibt, aus dem das Ventil hergestellt ist.
Da üblicherweise
ein gewisses Ausmaß von
Verformung von Gummi oder Kunststoffmaterial erfolgt, wenn er oder
es in eine chemische Lösung
einer bestimmten Art eingetaucht wird, tritt nahezu immer ein gewisses
Ausmaß von
Aufklaffen der Ventillippen auf. In diesem Fall hilft die Tatsache,
dass die Lippen des Schnabel-Ventils gemäß der Erfindung eine konkave
Form zur Innenseite hin besitzen, bei der Abdichtung, indem die
Dichtbereiche gegeneinander gepresst werden, wenn der äußere Teil
des Ventils versucht, aufzuklaffen. Dies hilft, die Lebensdauer des
Schnabel-Ventils zu verlängern, ganz
gleich ob es gegossen oder geformt, oder aus einem natürlichen
oder synthetischen Material hergestellt ist. Da ein Schnabel-Ventil
von der Mitte her aufklafft, wenn das Material aufquillt, hilft
die innere Biegung, den Dichtbereich aufrecht zu erhalten und dadurch
die Lebensdauer des Ventils zu verlängern. Unabhängig von
der äußeren Ventilform
des Schnabel-Ventils verlängert
das innere Profilgemäß der Erfindung
die Lebensdauer des Ventils selbst dann, wenn sich das Ventil verformt,
weil es sich an die natürliche
Verformung anpasst, die bei der Wechselwirkung zwischen einer chemischen
Lösung
und einem gegossenen oder geformten Schnabel-Ventil akzeptiert werden muss.