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Dokumentenidentifikation DE102004039206B4 20.07.2006
Titel Ventil
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fischer, Achim, 80337 München, DE
DE-Anmeldedatum 12.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004039206
Offenlegungstag 09.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse F16K 7/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16L 55/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ein Ventil, zum Schließen und Öffnen einer Strömungsmediumsleitung, wobei die Strömungsmediumsleitung eine von einer Seite der Strömungsmediumsleitung ausgebildete Querschnittsverengung, eine an den der Querschnittsverengung gegenüber liegenden Seite angeordnete Aussparung, und ein diese Aussparung bedeckendes elastisches Flächenelement aufweist, zum Schließen der Strömungsmediumsleitung durch Drücken gegen die Querschnittsverengung und/oder zum Öffnen der Strömungsmediumsleitung durch Bewegen in die entgegengesetzte Richtung. Herkömmlicherweise ist ein an der Aussparung angrenzender, insbesondere eine Kante aufweisender Endbereich der Ummantelung ausgebildet.

Auf herkömmliche Weise wird ein Ventil derart bereitgestellt, dass die Strömungsmediumsleitung als Zuführungsrohr bereitgestellt ist, wobei die Querschnittsverengung durch eine Schwelle bereitgestellt ist. Insbesondere weist diese Schwelle im Querschnitt die Form eines umgedrehten „V"s auf, das unten in die Strömungsmediumsleitung übergeht und oben einen Damm mit einer zur Strömungsmediumsleitungsumhüllung parallelen Fläche aufweist. Gemäß diesem Stand der Technik befindet sich an der der Querschnittsverengung gegenüber liegenden Seite der Strömungsmediumsleitung eine Aussparung der Strömungsmediumsleitung. Ein diese Aussparung bedeckendes elastisches Flächenelement ist insbesondere als eine Membran bereitgestellt. Diese dient zum Schließen der Strömungsmediumsleitung, indem die Membran gegen die Querschnittsverengung gedrückt wird. Die Strömungsmediumsleitung wird geöffnet, indem die Membran in die der Querschnittsverengung entgegengesetzten Richtung bewegt wird und dadurch ein Durchgangsbereich für das Strömungsmedium bereitgestellt wird. Die Membran ist mit dem Randbereich der Aussparung mechanisch verbunden. Die Membran kann durch einen entsprechenden Abgrenzungsbereich der Außengeometrie der Strömungsmediumsleitung umfasst sein. Ein Endbereich der Ummantelung endet zur Aussparung hin stufenartig, eckig bzw. kantig.

Einen derartigen Längsschnitt eines herkömmlichen Ventils zeigt 2.

Insbesondere aus dem Material Perfluoroalcoxy (PFA) hergestellte Ventile unterliegen wegen der begrenzten Formgebungsmöglichkeiten für dieses Material hohen Einschränkungen bezüglich der erzielbaren Innenkontur bzw. Innengeometrie eines Ventilblocks. Dies führt herkömmlicherweise dazu, dass der Durchströmung des geöffneten Ventils – also bei Bereitstellung eines Durchgangsbereichs für das Strömungsmedium durch die Membran – ein hoher Widerstand entgegengesetzt wird. Die Ursache dafür liegt in den scharfen Umlenkungen des Strömungsmediums innerhalb der Leitung und in den daraus folgenden Strömungsablösungen, wodurch ein hoher Druckverlust entsteht. Eine Kontur bzw. Innengeometrie, die den am meisten störenden Übergang (Stufe) der Strömungsmediumsleitung in dem Bereich der Querschnittsverengung und der Membran in strömungsgünstiger Weise beseitigt, lässt sich mit den derzeit üblichen Herstellungsverfahren nicht erzielen. Dies beeinflusst den sogenannten Kv-Wert in nachteiliger Weise. Dieser Kv-Wert quantifiziert die Verluste einer Ventildurchströmung entsprechend einer Norm. Dabei wird ein Kv-Wert anhand eines Durchflusstests mittels Wasser mit einer Temperatur von 20° C ermittelt. Es werden der Anschlussdruck zum Ventil sowie die Zeit für das Befüllen eines Behälters mit einer bestimmten Menge Wasser gemessen. Der Anschlussdruck beträgt ein bar. Die Durchflussmenge wird in Kubikmeter pro Stunde angegeben. Je höher der Kv-Wert ist, umso geringer ist der Strömungswiderstand. Der Kv-Wert ist ein Hauptkriterium für eine Kaufentscheidung.

Gemäß dem herkömmlichen Stand wird ein erhöhter Durchflusswiderstand hingenommen, der auf herkömmliche Weise nur unzureichend verkleinert werden kann.

Die DE 1 500 279 A1 offenbart ein Membranabsperrventil mit dammförmigen Ventilsitz. Das Membranabsperrventil weist einen zwischen Ringflächen des Gehäuseunter- und Oberteiles eingespannten, im ausgebauten Zustand kuppelförmig gewölbten, kreisförmigen Membran und einem das Ventilgehäuseunterteil senkrecht zur Strömungsrichtung durchquerenden, dammförmigen Ventilsitz auf. Die Ringflächen sind kegel- oder kugelabschnittförmig in Richtung zum Ventilsitz derart verjüngt sind, dass der wirksame Teil der Membran und der Ventilsitz um die Stärke der Membran näher zur in Richtung der Strömung verlaufenden Längsachse des Gehäuseunterteils rückt. Auf diese Weise sollen Druckverluste mittels einer besonders gleichmäßig gehaltenen Strömung minimiert werden.

Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Ventil, zum Schließen und/oder Öffnen einer Strömungsmediumsleitung bereitzustellen, die im geöffneten Zustand einen geringen Durchflusswiderstand aufweist. Dies soll auf möglichst einfache und kostengünstige Weise erfolgen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, insbesondere ein Ventil, ein entsprechendes Hülsenelement und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 15, 16 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Störende Verwirbelungen des Strömungsmediums werden bei herkömmlichen Ventilen speziell durch die kantigen Übergänge insbesondere im Endbereich der Ummantelung zur Aussparung hin verursacht. Die Ummantelung ist zur Aussparung hin nachteilig stufenartig, eckig bzw. kantig ausgebildet. Indem in der Strömungsmediumsleitung in der Nähe des Endbereichs mindestens ein Hülsenelement mit einer an die Innengeometrie der Strömungsmediumsleitung angepassten Außengeometrie und einer strömungsgünstigen Innengeometrie angeordnet wird, können störende Übergänge die Verwirbelungen des Strömungsmediumsflusses verursachen, auf einfache Weise wirksam verringert werden. Das Hülsenelement kann ein beliebiges Mantelelement sein, das ebenso wie die Strömungsmediumsleitung eine Ummantelung und einen von der Ummantelung umschlossenen Durchgang für das Strömungsmedium aufweist. Die Außenform des Hülsenelements ist besonders vorteilhaft an die Innengeometrie der Strömungsmediumsleitung bzw. der Ummantelung der Strömungsmediumsleitung angepasst. Mit der vorteilhaften Innengeometrie des Hülsenelements werden, durch den kurvenförmigen Verlauf, Verwirbelungen des strömenden Strömungsmediums wirksam verringert. Das Hülsenelement ist bevorzugt passgenau in dem Durchgang angeordnet. Dabei weist dieses Hülsenelement einen Durchgangsbereich für das Strömungsmedium auf, der dem der ursprünglichen Strömungsmediumsleitung angenähert ist, aber hinsichtlich eines verringerten Strömungswiderstandes optimiert ist. Dabei ist die Innengeometrie beziehungsweise der Verlauf der Innenfläche kurvenförmig und insbesondere stetig und/oder glatt zum Durchgangsbereich des Strömungsmediums bereitgestellt. Auf diese Weise wird der Durchgang an dem strömungsungünstigen Endbereich optimiert. Eine kurvenförmige Innengeometrie des Hülsenelements rundet den Übergang zu dem kantigen Endbereich ab. Durch den kurvenförmigen Verlauf der Innenfläche wird ein kantiger Endbereich der Ummantelung abgerundet. Mittels der vorstehend beschriebenen Anordnung ist es möglich, eine verlustarme Strömungsführung im Ventilinneren fertigungstechnisch bereitzustellen. Die Durchströmung kann damit optimiert verlustarm bereitgestellt werden. Auf diese Weise lassen sich durch die eingebrachten Formgebungen auf einfache Weise wirksame Verbesserungen insbesondere des Kv-Wertes erzielen. Auf diese Weise werden Verwirbelungen der Strömungen wirksam reduziert. Der Strömungswiderstand des geöffneten Ventils wird wirksam verringert.

Durch die Verwendung des Hülsenelements, lassen sich zahlreiche Einschränkungen hinsichtlich der Formgebung des Durchlassbereiches vermeiden. Insbesondere kann ein Hülsenelement mit einer entsprechenden strömungsgünstigen Kontur, insbesondere Innengeometrie, in das Innere von zu- und abführenden Leitungsbereichen, insbesondere von Rohren, eingebracht werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Innengeometrie des Hülsenelements als in den Durchgangsbereich des Strömungsmediums hineinragender konvexer Verlauf der Innenfläche des Hülsenelements. Die Innenfläche des Hülsenelements verengt dabei konvex den Durchgang der Strömungsmediumsleitung. Damit kann das Strömungsmedium wirksam verwirbelungsarm geführt werden.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die insbesondere konvexe Innenfläche des Hülsenelements mit deren Verlauf bündig an den kantigen Übergang bzw. der Kante anschließend bereitgestellt ist. Das heißt, Kanten, Sprünge oder Stufen im Endbereich der Ummantelung sind als Ergebnis abgerundet bereit gestellt. Das Strömungsmedium wird stetig entlang der Innenfläche des Hülsenelements in den Bereich der Aussparung bzw. des elastischen Flächenelements hinein- bzw. hinausgeführt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart verläuft die insbesondere konvexe Innenfläche des Hülsenelements über den kantigen Übergang hinaus in die Aussparung hinein, wobei das Hülsenelement einen abgerundeten Fortsatz in der Aussparung ausbildet. Auf diese Weise kann der kantige Endbereich der Ummantelung alternativ abgerundet werden. Der Übergang bzw. Endbereich wird auch in diesem Fall für das Strömungsmedium hinsichtlich Wirbelungsfreiheit optimiert. Der End- bzw. Randbereich der Ummantelung kann auf diese Weise derart bereitgestellt sein, dass die Führung des Strömungsmediums entlang stetiger Flächen bzw. Geometrien erfolgt. Sprünge und das abrupte Ende der Ummantelung werden auf diese Weise wirksam geglättet bzw. homogenisiert.

Es ist insbesondere zur verbesserten Verbindung des Hülsenelements mit der Ummantelung besonders vorteilhaft, wenn die Außenfläche des Hülsenelements an die Form des Endbereichs angepasst ist.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Fortsatz nach einem abgerundeten Scheitelbereich eine auf die Außenfläche des Hülsenelements zulaufende Fläche bereitstellt, die an den Verlauf des schließenden elastischen Flächenelements angepasst ist. Auf diese Weise kann das elastische Flächenelement den Durchgang wirksam schließen und im geöffneten Zustand das Strömungsmedium vorteilhaft führen.

Es ist bezüglich dem abgerundeten Fortsatz besonders vorteilhaft, wenn dieser derart bereitgestellt ist, dass er eine Spoilerwirkung verwirklicht. Auf diese Weise kann das elastische Flächenelement im offenen Zustand in seinem Randbereich zum Endbereich der Ummantelung hin, gegen die nach dem abgerundeten Scheitelbereich auf der Außenfläche des Hülsenelements zulaufende und an den Verlauf des schließenden elastischen Flächenelements angepasste Fläche gedrückt werden. Damit kann insbesondere eine verbesserte laminare Strömung bereitgestellt werden. Ebenso kann die Richtung der Strömungsmediumsströmung vorteilhaft beeinflusst werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, wenn die Querschnittsverengung entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums ebenso abgerundete Innenflächen der Ummantelung aufweist, so dass das Strömungsmedium kontinuierlich und stetig geführt wird. Zur Vermeidung von Verwirbelungen des Strömungsmediums sind die Innenflächen der Ummantelung bevorzugt im Verlauf stetig, kurvenförmig und glatt. Auf diese Weise werden ebenso Verwirbelungen des fließenden Strömungsmediums reduziert.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Verlauf des Innenbereichs des Hülsenelements bei Annäherung an den Übergang zu der Innenfläche der Querschnittsverengung angepasst ist. Die Innenfläche des Hülsenelements stellt vorteilhaft mit der Innenfläche der Querschnittsverengung entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums einen abgerundeten Durchgangsquerschnitt für das Strömungsmedium bereit. Auf diese Weise werden zusätzlich Verwirbelungen des Strömungsmediums vermieden. Die Innengeometrie des Hülsenelements ist dadurch besonders vorteilhaft an die Innengeometrie der Querschnittsverengung angepasst, bzw. dazu ausgebildet.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Querschnittsverengung eine größere Kontaktfläche als Gegenfläche zum schließenden elastischen Flächenelement aufweist. Diese Kontaktfläche ist als Damm bereitgestellt. Auch auf diese Weise werden zusätzlich Verwirbelungen des fließenden Strömungsmediums im geöffneten Zustand des Ventils wirksam verringert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elastische Flächenelement als eine Membran bereitgestellt. Dabei kann diese Membran besonders flexibel bereitgestellt sein und aus einem Kunststoff bestehen oder Kunststoffmaterialien aufweisen.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Hülsenelement in dem Durchgang der Ummantelung fixiert bereitgestellt ist. Dies kann insbesondere durch die Verwendung von Führungsnuten und/oder durch eine Pressanpassung bzw. mittels Presssitz verwirklicht werden. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von Klebemitteln möglich. Auf diese Weise kann das Hülsenelement dauerhaft gegen ein Verdrehen und/oder ein Verschieben gesichert werden. Somit ist die Funktion des Hülsenelements gesichert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Material des Ventils, und insbesondere die Ummantelung, das Material Perfluoroalcoxy auf. Dieses Material ist gegenüber herkömmlichen Strömungsmedien stabil und kann einfach bearbeitet werden. Dieses Material kann besonders vorteilhaft bei Spritzgussverfahren verwendet werden.

Es ist zu Anschlusszwecken für das Ventil weiterhin vorteilhaft, wenn das Hülsenelement im Inneren einer zusätzlichen in das Ventil zu- bzw. aus dem Ventil abführenden Leitung bereitgestellt ist. Die Leitung kann vorteilhaft als Rohr bereit gestellt sein.

Auf vorteilhafte Weise bieten sich Verfahren zur Herstellung eines Ventils derart an, dass zum einen das Hülsenelement von außen direkt oder indirekt in einen fertigen Ventilgrundkörper eingeführt wird, oder zum anderen, dass das Hülsenelement bei einem Hinterschnitt zu einem Ventilgrundkörper aufgrund des Fortsatzes des Hülsenelements gleichzeitig während eines Spritzgussvorgangs zur Herstellung des Ventilgrundkörpers im Ventilgrundkörper positioniert wird. Die Positionierung muss im letzteren Fall gleichzeitig mit dem Spritzgussvorgang erfolgen, da sonst das Hülsenelement nicht mehr in den Ventilgrundkörper eingebracht werden kann. Ein Ventilgrundkörper weist insbesondere noch kein elastisches Flächenelement auf. Der Ventilgrundkörper wird am Anfang des Ventilherstellungsverfahrens erzeugt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:

1a eine Darstellung einer vereinfachten Vorrichtung gemäß zweier Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;

1b eine Darstellung eines Details zum zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 eine Darstellung einer vereinfachten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.

Gemäß 1a sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Das Ventil weist insbesondere eine Strömungsmediumsleitung 1 auf, die von dem Ventil geöffnet oder geschlossen wird. Die Strömungsmediumsleitung 1 weist insbesondere eine Ummantelung 2 und einen von der Ummantelung 2 umschlossenen Durchgang 3 für das Strömungsmedium auf. Von einer Seite der Ummantelung 2 ist eine Querschnittsverengung 4, die den Querschnitt des Durchgangs 3 verringert, ausgebildet. Auf der der Querschnittsverengung 4 gegenüber liegenden Seite ist eine Aussparung 5 der Ummantelung 2 bereitgestellt, wobei ein Endbereich 8 der Ummantelung 2 zur Aussparung 5 kantig bereitgestellt ist. Gemäß der 1 findet sich insbesondere eine Kante 7 im Endbereich 8 der Ummantelung 2. Zudem weist die Strömungsmediumsleitung 1 ein die Aussparung 5 ausfüllendes elastisches Flächenelement 6 auf. Dieses Flächenelement 6 schließt den Durchgang 3 durch Drücken des Flächenelements 7 gegen die Querschnittsverengung 4. Das Flächenelement 6 öffnet den Durchgang 3, in dem es in einem bestimmten Abstand zur Querschnittsverengung 4 gehalten wird. Die Vorrichtung, insbesondere das Ventil, bildet den an die Aussparung 5 angrenzenden, eine Kante 7 aufweisenden, kantigen Endbereich 8 der Ummantelung 2 aus. Das elastische Flächenelement 6 ist als eine Membran bereitgestellt. Die Membran ist von außerhalb des Durchgangs 3 an dem Endbereich 8 der Ummantelung 2 angeordnet. Dabei kann die Ummantelung 2 um die Aussparung 5 herum einen Kanal ausbilden, in dem die Membran befestigt ist. Dazu bildet die Ummantelung 2 zwei Bereiche mit gegenüber dem Rest der Wandstärke der Ummantelung 2 vergrößerten Dicke um den Kanal herum aus. In die Strömungsmediumsleitung können in oder entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Strömungsmediums Zuführungsrohre eingeführt sein. Je nach Lage der Membran ist das Ventil geöffnet oder geschlossen. Zum Öffnen des Durchgangs 3 ist die Membran von der Querschnittsverengung 4 beabstandet. Zum Schließen des Durchgangs 3 drückt die Membran gegen die Querschnittsverengung 4, und insbesondere gegen einen Damm 12 der Querschnittsverengung 4 als Gegenstück zur Membran. Insoweit gleicht 1a der den Stand der Technik darstellenden 2, die bereits im Einleitungsteil der Beschreibung kurz beschrieben wurde. Die 1a und 2 zeigen einen mittleren Längsschnitt entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums innerhalb der Vorrichtung. Zudem ist die Querschnittsverengung 4 als Schwelle bereitgestellt.

Zur Vermeidung bzw. wirksamen Verringerung von Verwirbelungen des strömenden Strömungsmediums bei geöffnetem Ventil wird der Stand der Technik gemäß 2 entsprechend der weiteren Merkmale gemäß 1a verbessert. Dazu wird der kantige Endbereich 8 jeweils mittels eines insbesondere passgenau in dem Durchgang 3 angeordneten Hülsenelements 9 durch einen den Durchgang 3 verengenden konvexen Verlauf 10 der Innenfläche des Hülsenelements 9 abgerundet und damit verstetigt.

Strömt das Strömungsmedium von der rechten Seite der 1a in das Ventil hinein wird es entlang der konvexen Innenfläche eines Hülsenelements 9 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zur Querschnittsverengung 4 in den Durchgangsbereich der offenen Membrane geführt. Die gemäß dem Stand der Technik auftretenden Verwirbelungen an der Kante 7 werden dadurch wirksam verringert, dass die Innenfläche mit dem konvexen Verlauf 10 des Hülsenelements 9 bündig an die Kante 7 anschließt und auf diese Weise Sprünge bzw. Unstetigkeitsstellen entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums beseitigt. Die Strömungsrichtung ist durch den Verlauf des Durchgangs 3 bestimmt. Das Strömungsmedium wird anschließend entlang der Membran kontinuierlich umgeleitet und in Richtung eines Ausgangs der Strömungsmediumsleitung gelenkt. Dabei ist der Damm 12 derart bereitgestellt, dass ebenso durch dessen kurvenförmigen Verlauf bzw. abgerundeten Verlauf Verwirbelungen verringert auftreten.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Hülsenelement 9, wie es auf der linken Seite der 1a dargestellt ist, derart verbessert bereitgestellt sein, dass die konvexe Innenfläche 10 des Hülsenelements 9 über die Kante 7 hinaus in die Aussparung 5 hinein verlaufend bereitgestellt ist, wobei das Hülsenelement 9 dabei einen abgerundeten Fortsatz 11 innerhalb der Aussparung ausbildet. Dabei kann die Ummantelung 2 in Richtung des Endbereichs 9 eine zunehmende Dicke aufweisen, so dass der abgerundete Fortsatz 11 nach einem abgerundeten Scheitelpunkt auf den Endbereich 8 zuläuft und auf diese Weise positioniert oder fixiert ist. Dabei ist das Hülsenelement 10 als eine Hülse mit einem Hinterschnitt zur Ummantelung 2 bereitgestellt. Der nach dem Scheitelpunkt dem Endbereich 8 zulaufende Abschnitt des Fortsatzes 11 kann dabei derart bereitgestellt sein, dass die Membran formschlüssig gegen diesen Bereich abschließend bzw. dichtend gedrückt werden kann. Das heißt, auf diese Weise wird zusätzlich gewährleistet, dass die Membran das Ventil sicher schließt. Nach dem abgerundeten Scheitelpunkt des Fortsatzes 11 verläuft das Hülsenelement 9 in Richtung zur Ummantelung 2 und vereinigt sich mit der Außenfläche des Hülsenelements 9. Die Außenfläche des Hülsenelements 9 ist an den Verlauf des Endbereichs 8 der Ummantelung 2 angepasst. Die Außenfläche kann dabei an dem Endbereich 8 anliegen. Die Ummantelung 2 kann in Richtung des Endbereichs 8 eine zunehmende Dicke aufweisen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Fortsatz 11 an diesen Endbereich 8 anliegt, da damit die mechanische Stabilität des Ventils und des Fortsatzes 11 bzw. des Hülsenelements 9 verbessert wird. Damit kann das Hülsenelement 9 ebenso vorteilhaft mechanisch fixiert werden.

Das Hülsenelement 9 bildet mit dem Fortsatz 11 gegenüber dem Ventilgrundkörper, das heißt, gegenüber der Ummantelung 2 einen Hinterschnitt. Dies kann fertigungstechnisch lediglich dadurch realisiert werden, dass die Hülse bzw. das Hülsenelement 9 nicht nachträglich, sondern während eines Spritzgussprozesses zur Herstellung eines Ventilgrundkörpers anzubringen ist. Die Ummantelung 2 kann in Richtung des Endbereichs 8 eine zunehmende Dicke aufweisen, so dass das Hülsenelement 9 in seiner Außenfläche entsprechend angepasst ist. Der Fortsatz 11 des Hülsenelements 9 kann an die Ummantelung 2 fixiert, insbesondere geklebt sein.

1a zeigt auf der linken Seite das Hülsenelement 9 mit einem abgerundeten Fortsatz 11 gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. 1b zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts des Ventils im Bereich einer Kante 7 eines Endbereichs 8 in Verbindung mit dem Hülsenelement 9, welches den abgerundeten Fortsatz 11 aufweist. Ein in das Ventil strömendes Strömungsmedium wird beispielsweise in 1a von der linken Seite in Richtung der Querschnittsverengung 4 entlang des konvexen Verlaufs 11 der Innenfläche des Hülsenelements 9 in dem Bereich der öffnenden Membran geführt. Erneut ist die Innenfläche der Querschnittsverengung 4 ebenso abgerundet bereitgestellt. Das Strömungsmedium wird nun zusätzlich durch den abgerundeten Fortsatz 11 des Hülsenelements 9 derart geführt, dass in vorteilhafter Weise Verwirbelungen des Strömungsmediums vermieden werden. Zusätzlich kann dieser Fortsatz 11 als Spoiler bereitgestellt sein, der den Strömungsverlauf des Strömungsmediums zur Verringerung des Strömungswiderstandes beeinflusst. Der Fortsatz 11 kann als Spoiler einen Druck auf das elastische Flächenelement 6 erzeugen, so dass dieses gegen den Fortsatz 11 gedrückt wird, und zwar bei öffnendem Flächenelement. Dadurch wird zusätzlich eine Verwirbelung des Strömungsmediums erheblich verringert. Der konvexe Verlauf 10 der Innenfläche des Hülsenelements 9 kann mit Annäherung an den Endbereich 8 zu der Innenfläche der Querschnittsverengung 4 angepasst bereitgestellt sein. Dies kann insbesondere in Strömungsrichtung nach einer Scheitellinie der Innenfläche des Hülsenelements 9 vorgesehen sein. Der Verlauf des Endbereichs 8 entscheidet über das Entstehen von Verwirbelungen des Strömungsmediums. Entsprechend wird dieser Verlauf durch die Ausgestaltung des Hülsenelements 9 optimiert. Auf diese Weise kann der Strömungswiderstand bei einer offenen Membran wirksam verringert werden. Das Hülsenelement kann mittels Führungsnuten oder Presssitz gegen ein Verschieben oder Verdrehen gesichert sein. Auf diese Weise ist eine sichere Bereitstellung der Funktion des Hülsenelements 9 gewährleistet. Die Vorrichtung bzw. das Ventil, insbesondere die Ummantelung kann aus Perfluoroalcoxy bestehen bzw. dieses Material aufweisen. Andere Materialien sind aber ebenso denkbar. Dazu gehören andere Kunststoffe oder auch Metalle oder sonstige feste chemische Verbindungen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die Strömungsmediumsleitung 1 der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich mit sehr kleiner Länge, beispielsweise im Bereich von einigen Zentimetern, bereitgestellt sein. In diesem Fall können hier nicht dargestellte das Ventil verlängernde zu- und/oder abführende Rohre verwendet werden, die in die Strömungsmediumleitung 1 bzw. den Durchgang 3 eingeführt werden. Ein Hülsenelement 9 kann dann innerhalb des Ventils und/oder innerhalb der zusätzlichen Rohre bereitgestellt sein.

Es ist offensichtlich, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ebenso die Verwendung von zwei Hülsenelementen 9 umfasst, die von beiden Seiten der Querschnittsverengung 4 kommend an den jeweiligen kantigen Endbereichen 8 angeordnet werden. Das heißt, ein gemäß der vorliegenden Erfindung verbessertes Ventil weist mindestens ein bevorzugtes Hülsenelement 9 insbesondere gemäß einem der beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen auf. Die Strömungsmediumsleitung 1 ist zur Vermeidung von Verwirbelungen bevorzugt mit rundem bzw. kreisrundem Querschnitt bereitgestellt.

In das erfindungsgemäße Ventil kann nach dessen Herstellung die Hülsenelementen 9 bzw. den Hülsen eingebracht werden. Ist das Hülsenelementmaterial plastisch oder elastisch verformbar, ist es ebenso möglich ein Hülsenelement 9 mit Fortsatz 11 nach der Herstellung eines Ventilgrundkörpers einzubringen. Es ist aber auch möglich, die Hülsenelemente 9 gleichzeitig beim Herstellungsprozess des Ventils in die Strömungsmediumsleitung 1 einzubringen.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung, insbesondere Ventil, zum Schließen und Öffnen einer Strömungsmediumsleitung (1), die Strömungsmediumsleitung (1) mit

    – einer Ummantelung (2) und einem von der Ummantelung (2) umschlossenen Durchgang (3) für das Strömungsmedium,

    – einer von einer Seite der Ummantelung (2) ausgebildeten Querschnittsverengung (4) des Durchgangs (3),

    – einer an der der Querschnittsverengung (4) gegenüberliegenden Seite angeordneten Aussparung (5) der Ummantelung (2),

    – einem diese Aussparung (5) ausfüllenden elastischen Flächenelement (6) zum Schließen des Durchgangs (3) durch Drücken gegen die Querschnittsverengung (4) und/oder zum Öffnen des Durchgangs (3) durch Halten in einem Abstand zur Querschnittsverengung (4),

    – einen an der Aussparung (5) angrenzenden, eine Kante (7) aufweisenden Endbereich (8) der Ummantelung (2),

    dadurch gekennzeichnet, dass

    der Endbereich (8) mittels eines in dem Durchgang (3) angeordneten Hülsenelements (9) durch einen entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums kurvenförmigen Verlauf (10) einer Innenfläche des Hülsenelements (9) abgerundet bereit gestellt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kurvenförmige Verlauf (10) der Innenfläche des Hülsenelements (9) entlang der Strömungsrichtung des Strömungsmediums konvex den Durchgang (3) verengend bereitgestellt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hülsenelements (9) mit dem kurvenförmigen Verlauf (10) bündig an die Kante (7) anschließend bereit gestellt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hülsenelements (9) mit dem kurvenförmigen Verlauf (10) über die Kante (7) hinaus in die Aussparung (5) hinein verlaufend bereit gestellt ist und dabei das Hülsenelement (9) einen abgerundeten Fortsatz (11) in der Aussparung (5) ausbildet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche des Hülsenelements (9) an die Form des Endbereichs (8) angepasst ist und den Fortsatz (11) begrenzt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (11) nach einem abgerundeten Scheitelbereich eine auf die Außenfläche des Hülsenelements (9) zulaufende Fläche bereitstellt, die an den Verlauf des schließenden elastischen Flächenelements (6) angepasst ist.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (11) als Spoiler zur Erzeugung eines Druckes auf das elastische Flächenelement (6) bereitgestellt ist.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (4) entlang einer Strömungsrichtung des Strömungsmediums mittels abgerundeter Innenflächen der Ummantelung (2) bereitgestellt ist.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Hülsenelements (9) mit der Innenfläche der Querschnittsverengung (4) einen abgerundeten Durchgangsquerschnitt für das Strömungsmedium bereitstellt.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (4) einen Damm (12) als Kontaktfläche zum schließenden elastischen Flächenelement (6) bereitstellt.
  11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Flächenelement (6) als Membran bereit gestellt ist.
  12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (9) fixiert bereit gestellt ist.
  13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (2) als Material Perfluoroalkoxy aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (9) in dem Inneren einer zusätzlichen in das Ventil zu- und/oder aus dem Ventil abführenden Leitung bereitgestellt ist.
  15. Hülsenelement für eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (9) aus Kunststoffen oder Metallen besteht.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung und/oder eines Hülsenelements nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit Rückbezug auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (9) nach Herstellung eines Ventilgrundkörpers in dem Durchgang (3) oder in einer zusätzlichen in dem Durchgang (3) angeordneten Leitung positioniert wird.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung und/oder eines Hülsenelements nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche mit Rückbezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (9) gleichzeitig bei einem Herstellungsvorgang eines Ventilgrundkörpers positioniert wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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