(57)【要約】  本発明は、逆止弁（１）であって、該逆止弁（１）が、弁ハウジング（２）を有しており、該弁ハウジング（２）内に、一体形の閉鎖エレメント（３）が位置しており、該閉鎖エレメント（３）が、通流媒体によって移動可能に配置されていて、閉鎖位置で、シール部分（７）に設けられた異形シール部材（５）に接触しており、閉鎖エレメント（３）が、支承部（１０）によってガイドされており、該支承部（１０）が、リブ（１１）によって弁ハウジング（２）内に同心的に配置されている逆止弁に関する。本発明によれば、閉鎖エレメント（３）が、流れに対して最適化された形状の外側輪郭を備えたゾーンＡ（３４）と、球冠形状の外側輪郭を備えたゾーンＢ（３５）とを有しており、ゾーンＡ（３４）とゾーンＢ（３５）とが、連続して配置されていて、互いになだらかに移行し合っている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆止弁（１）であって、該逆止弁（１）が、弁ハウジング（２）を有しており、該弁ハウジング（２）内に、一体形の閉鎖エレメント（３）が位置しており、該閉鎖エレメント（３）が、通流媒体によって移動可能に配置されていて、閉鎖位置で、シール部分（７）に設けられた異形シール部材（５）に接触しており、閉鎖エレメント（３）が、支承部（１０）によってガイドされており、該支承部（１０）が、リブ（１１）によって弁ハウジング（２）内に同心的に配置されている逆止弁において、閉鎖エレメント（３）が、流れに対して最適化された形状の外側輪郭を備えたゾーンＡ（３４）と、球冠形状の外側輪郭を備えたゾーンＢ（３５）とを有しており、ゾーンＡ（３４）とゾーンＢ（３５）とが、連続して配置されていて、互いになだらかに移行し合っていることを特徴とする、逆止弁。
【請求項２】
ゾーンＡ（３４）の外側輪郭が、円錐形に形成されている、請求項１記載の逆止弁。
【請求項３】
ゾーンＡ（３４）の外側輪郭が、ゾーンＢ（３５）の球冠に接線方向で移行している、請求項１または２記載の逆止弁。
【請求項４】
閉鎖エレメント（３）が、渦流形成を最小限に抑えるための流れ案内エレメント（３１）を備えたゾーンＣ（３６）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の逆止弁。
【請求項５】
閉鎖エレメント（３）が、形状接続的にガイドされるガイド部（３２）を有しており、これによって、閉鎖エレメント（３）が、流れ方向に移動可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の逆止弁。
【請求項６】
ガイド部（３２）が、少なくとも３つのガイドリブ（３３）を有している、請求項５記載の逆止弁。
【請求項７】
支承部（１０）が、戻しエレメント、有利にはばね（１５）を支持するための支持面（１６）を有している、請求項１記載の逆止弁。
【請求項８】
既存の逆止弁（１）にばね（１５）が増設可能である、請求項１または７記載の逆止弁。
【請求項９】
ばね（１５）が、圧縮ばねである、請求項７または８記載の逆止弁。
【請求項１０】
閉鎖エレメント（３）が、プラスチック、有利にはＰＰ、ＰＶＣ、ＡＢＳ等から製造されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の逆止弁。
【請求項１１】
ゾーンＡ（３４）の周面の全周に沿って、少なくとも１つの羽根（３８）が、有利には回転を発生させるために螺旋状に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の逆止弁。
【請求項１２】
ガイドリブ（３３）が、螺旋状に延びている、請求項４記載の逆止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆止弁であって、該逆止弁が、弁ハウジングを有しており、該弁ハウジング内に、一体形の閉鎖エレメントが位置しており、該閉鎖エレメントが、通流媒体によって移動可能に配置されていて、閉鎖位置で、シール部分に設けられた異形シール部材に接触しており、閉鎖エレメントが、支承部によってガイドされており、該支承部が、リブによって弁ハウジング内に同心的に配置されている逆止弁に関する。
【０００２】
配管の内部でガス状のまたは液状の媒体の流れ方向を規定するために、逆止弁が現存している。逆止弁は、規則的な通流方向と逆方向への媒体の逆流を阻止するために、ガス管路、水管路またはこれに類する供給管路内に使用される。したがって、逆止弁は、逆の流れ方向での媒体の通過を自動的に遮断し、流れ方向で流れる媒体の滞留時にも、媒体の通過を自動的に遮断する機能を有している。
【０００３】
大抵、逆止弁は、公知先行技術に基づき公知である。この公知の逆止弁は、閉鎖位置で最適なシール性を保証するという理由から、閉鎖エレメントとしてボールを有している。このような逆止弁には、弁の開放時に即座に大きな通流横断面が形成されるという欠点がある。これによって、乱流が生じ、振動が発生し、閉鎖エレメントとして働くボールが往復打撃される。したがって、閉鎖エレメントにおける摩滅ならびに材料破損が生じる。これによって、閉鎖位置での申し分のないシール作用がより長い期間保証されなくなってしまう。さらに、摩滅および材料破損は媒体を汚染し、これによって、配管系それ自体、配置された弁、ポンプまたは制御機器における損傷を引き起こしてしまう。
【０００４】
閉鎖エレメントとしてのボールは、その形状と、これに伴ったシール部材への最適な密着とによる最良の密閉という所望の特性に並んで、望ましくない振動やボールのぐらつきひいては高い騒音も引き起こす。
【０００５】
閉鎖エレメントとしてのボールにより生じる別の所望されない特性は、弁を通る媒体の獲得可能な流量に対する尺度として利用される変動しやすい流量係数である。
【０００６】
ボールを備えた逆止弁における更なる欠点は、弁への、組込み可能なばねの好ましくない増設もしくは大抵の場合にはほとんど不可能である増設である。弁内に組み込まれるばねによって、閉鎖エレメントもしくはボールにばね圧が加えられ、ひいては、ばねによって発生させられる付加的な押圧力によって、最適な閉鎖が行われる。しかし、閉鎖エレメントとしてのボールを備えた逆止弁の場合には、ばねの追補的な組込みがほとんど不可能となる。なぜならば、ばねのための支持面が、閉鎖エレメントにもハウジングにも存在しておらず、したがって、逆止弁のばね構成のために、特殊な弁ハウジングと、適合された閉鎖エレメントとが製造されなければならないからである。このことは、やはり付加的なコストに結び付けられてしまう。
【０００７】
欧州特許第００４７０５５号明細書には、弁が開示されている。この弁は、弾性的なプラスチックから製造されたボールを有している。このボールは、ばねによって円錐形の機構内に押圧される。さらに、この機構は、円錐台形の外周壁のより大きな直径部で円錐形の孔に対して密に押圧される。さらに、弾性的なボールは円錐形の孔に押圧され、これによって、更なる密閉が達成される。
【０００８】
このような従来例には、個別部材が多く、ひいては、生産コストが高いという欠点があり、さらに、継ぎ目もしくは射出成形開始点またはその他の斑のないボールが、如何なる材料から成っていようとも、機械的な加工、たとえば旋削によって製造されるか、または少なくとも機械的に余剰に加工されなければならない。さもないと、ボールが弁内で著しく不安定な挙動を示してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明の課題は、流量係数の改善と、一定の流量係数と、最適なシール性とが保証され、更には、閉鎖エレメントの望ましくない振動が回避され、ひいては、騒音発生が低減される逆止弁を提案することである。
【００１０】
この課題は、本発明によれば、閉鎖エレメントが、流れに対して最適化された形状の外側輪郭を備えたゾーンＡと、球冠形状の外側輪郭を備えたゾーンＢとを有しており、ゾーンＡとゾーンＢとが、連続して配置されていて、互いになだらかに移行し合っていることによって解決される。流れに対して最適化されたゾーンＡにおける輪郭によって、管路内もしくは弁内には、可能な限り少ない抵抗が生じる。このことは、さらに、極めて良好な流量係数を実現する。流れに対して最適化されたゾーンＡにおける外側輪郭の形状は、閉鎖エレメントの先端もしくは前側に、流れを自動的に完全に均等に分配する球面を有している。ゾーンＡにおける外側輪郭の外周もしくは直径は、ゾーンＡがゾーンＢに移行するまで、通流方向において増加させられ、これによって、層流が保証されている。ゾーンＡの曲線は、ゾーンＢにおける球冠に接線方向で続いている。
【００１１】
有利な態様は、閉鎖エレメントのゾーンＡの外側輪郭を円錐形に形成することにある。これによって、製造が簡単に可能となると同時に弁内での流れが最適となるかもしくは抵抗が少なくなる。
【００１２】
ゾーンＢでは、外側輪郭が球冠の形状に変化している。したがって、ゾーンＡの曲線は、球もしくは球冠の外側輪郭に接線方向で続いている。球もしくは球冠の形状は、逆止弁の最良の密閉を保証するものの、通流の間もしくは弁の開放の間の抵抗最小化には相応しくない。すなわち、閉鎖エレメントとして使用されるボールは、閉鎖エレメントの前側において丸み付けられた先端に移行していないかもしくは流れ技術的に最適化されていない形状によって、弁の開放の間、流れ内に極めて高い抵抗を引き起こしてしまう。したがって、本発明によれば、弁入口の方向に見て、抵抗最小化されたゾーンＡの曲線もしくは外側輪郭が、ゾーンＢにおける球形状もしくは球冠形状の前方に設けられていて、この球形状もしくは球冠形状に接線方向で接続されている。
【００１３】
閉鎖エレメントの後続の断面変化では、ゾーンＣが続いている。このゾーンＣは、ゾーンＢの球形状もしくは球冠形状に続いて、円弧を有している。この円弧はゾーン端部に向かって、流れ案内エレメントとして働く短い直線に移行している。これによって、渦流形成が著しく最小限に抑えられるので、ぐらつきと振動とが著しく減少させられる。流れ案内エレメントによって得られる別の重要な効果は、ゾーンＣの下流側の流れ内での渦流発生の減少である。これによって、閉鎖エレメントが、水平な組付け方向でも、流れ内でより安定した姿勢をとり、こうして、流量係数が一定に維持される。
【００１４】
閉鎖エレメントの、ゾーンＣに続く円筒状の軸部は、ガイド部として働く。これによって、閉鎖エレメントの反転または流れ方向での閉鎖エレメントの回転が不可能となる。閉鎖エレメントのガイド部は、弁ハウジング内に設けられた支承部によって形状接続的に、つまり、互いに対応する部分の形状に基づく係合によりガイドされ、これによって、安定させられる。閉鎖エレメントのガイド部は、ばねが所望されるかまたは必要となる場合、ばねガイド部として付加的に使用することができる。
【００１５】
閉鎖エレメントのガイド部にわたって、複数のガイドリブが延びている。閉鎖エレメントのガイド部はガイドリブを介してのみ弁ハウジング内の支承部に接触していて、閉鎖エレメントのガイド部の全周では接触していない。これによって、場合により存在する汚染粒子が、弁もしくは弁ハウジング内の支承部を通して浚われ、弁の目詰まりもしくは汚物の集積によるガイド範囲での閉鎖エレメントの引っ掛かりが阻止されるかまたは最小限に抑えられる。なお、ガイド部の別の態様も可能である。
【００１６】
弁ハウジング内の支承部に設けられたばね支持面によって、弁内に戻しエレメント、有利にはばねを組み込むことが可能であり、これによって、水平な組付け位置でも弁を通じて確実な閉鎖が保証される。弁が水平な姿勢で組み付けられてもよいことによって、ばねを備えておらず、流れが停滞している場合には、閉鎖エレメントが、規定されない姿勢で位置してしまう。ばねの組込みによって、閉鎖エレメントは異形シール部材に押圧される。
【００１７】
小さな比重を有していて、ひいては、自重によって弁を鉛直な組付け方向では不十分にしか閉鎖しない閉鎖エレメント材料の場合にも、ばねは有利であり、このような弁構造で問題なく追補的に組み込むこともできる。なお、その際には、既存の部材、たとえばハウジングまたは閉鎖エレメントは交換されない。このことは、製造コストを減少させる。なぜならば、ばねの有無にかかわらず、両態様に対して同一の部材を使用することができるからである。
【００１８】
本発明のような外側輪郭を備えた閉鎖エレメントを有する弁における更なる利点は、閉鎖エレメントがプラスチックから形成されている場合、流れに影響を与えない箇所、たとえばガイド部の端部に射出成形開始点と分離箇所の継ぎ目とを選択することができることにある。
【００１９】
有利な態様は、ゾーンＡの周面、つまり、流れの形に最適化された周壁面の範囲内に、逆止弁を媒体が通流する間に閉鎖エレメントの回転を発生させる複数の羽根を取り付けることにある。これによって、やはり、逆止弁を自動的に浄化し、汚染粒子を搬送することが可能となる。大抵の場合、閉鎖エレメントは媒体内で浮遊していて、弁ハウジングの支承部に設けられた当接面に接触していないので、回転の発生は、コンスタントに自動的に実行される効率のよい浄化法である。
【００２０】
態様の別の可能性は、閉鎖エレメントのガイド部に設けられたガイドリブが、螺線状の経過を有していることにある。これによって、回転がアシストされ、汚染粒子が搬出される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】開放された状態における逆止弁の縦断面図である。
【図２】弁ハウジングの断面図である。
【図３】閉鎖された位置における逆止弁の立体的な縦断面図である。
【図４】ばねを備えた閉鎖された位置における逆止弁の縦断面図である。
【図５】各ゾーンに分割された閉鎖エレメントを示す図である。
【図６】閉鎖エレメントの変化形態の平面図および側面図である。
【００２２】
本発明の複数の実施の形態を図面につき説明する。ただし、本発明は、これらの実施の形態にのみ限定されるものではない。
【００２３】
図１に示した逆止弁１は弁ハウジング２を有している。この弁ハウジング２内には、通流調整のための閉鎖エレメント３が位置している。すなわち、この閉鎖エレメント３は、媒体の逆流を不可能にし、媒体の一方向のみの通流を保証する。逆止弁１は矢印方向８への流れによって通流される。これによって、閉鎖エレメント３が、開放された位置にとどめられる。逆止弁１の流入側には、シール部分７が位置している。このシール部分７は、逆止弁１の閉鎖時にシール性を保証している。シール部分７は、異形シール部材５と、支持リング４と、螺入部材６とから形成されている。異形シール部材５は支持リング４と螺入部材６との間に不動に緊締されている。螺入部材６は弁ハウジング２内にねじ込まれていて、支持リング４が弁ハウジング２に接触するまで固く締結される。閉鎖エレメント３は、弁ハウジング２にリブ１１を介して同心的に位置固定されて位置決めされた支承部１０を介してガイドされる。この支承部１０を弁ハウジング２に位置固定するために、理想的には、全周に沿って均等に分配された３つのリブ１１が使用される。ただし、３つよりも多くのリブ１１も可能であるが、この場合には、流れ抵抗が望ましくない形で高められてしまう。支承部１０は当接面１２を有している。この当接面１２には、閉鎖エレメント３が、開放された状態で接触している。さらに、支承部１０は支持面１６を有している。この支持面１６は、当接面１２に対して僅かに凹状に引っ込められている。支持面１６は、必要に応じて組込み可能であるばね１５を支持するために働く。流れ方向８における媒体が滞留している場合には、閉鎖エレメント３が閉鎖位置に落下していて、媒体の逆流９を阻止している。有利には、部材がプラスチックから製造されている。しかし、別種の材料、たとえば銅、鋼、黄銅等も可能である。
【００２４】
支承部１０を弁ハウジング２に固定するリブ１１は、さらに、閉鎖エレメント３のガイド部として働く。このことは、図２に認められる。これによって、閉鎖エレメント３の移動の間の座屈が不可能になる。
【００２５】
弁ハウジング２は両端部に雄ねじ山を備えている。両雄ねじ山には、ユニオンナット２０，２１が螺合される。このユニオンナット２０，２１によって、接続部材２２，２３がＯリング１８，１９に向かって押圧される。このＯリング１８，１９は、螺入部材６の端面にもしくは出口側で弁ハウジング２の端面に位置している。螺入部材６は、弁ハウジング２に配置された雌ねじ山を介してねじ込まれる。これによって、支持リング４が異形シール部材５を介して弁ハウジング２の端面１３に向かって押圧される。図３では、閉鎖エレメント３が、閉鎖された位置にある。この閉鎖エレメント３は、ゾーンＢ３５の球形状もしくは球冠形状の球面で異形シール部材５を押圧する。この異形シール部材５を安定させるために、螺入部材６が使用される。これによって、閉鎖エレメント３に作用する圧力が過度に高い場合に異形シール部材５が撓まず、したがって、閉鎖エレメント３が滑らないようになっている。
【００２６】
図４には、ばね１５が挿入された逆止弁１が示してあり、これによって、たとえば逆止弁１が水平に組み付けられている場合、それにもかかわらず、閉鎖エレメント３と異形シール部材５との間に確実な密閉が達成される。ばね１５によって、閉鎖エレメント３にばね圧が加えられる。これによって、ばね１５の抵抗圧を上回るために、流れ方向８に十分な圧力を発生させる流れが生じるまで、逆止弁１は閉鎖されている。このようなばね１５は、閉鎖エレメント３に使用された材料が小さな比重を有していて、自重だけでは逆止弁１を十分に閉鎖することができない場合に有利に組み込むこともできる。さらに、閉鎖エレメント３に設けられたガイド部３２が、支持面１６に接触しているばね１５のガイド部として働く。ガイド部３２には、４つのガイドリブ３３が配置されている。これと異なる個数のガイドリブ３３も可能である。こうして、ガイド部３２が全周で支承部１０に接触するのではなく、ガイドリブ３３を介してのみ接触し、これによって、摩擦を著しく減少させることができ、それにもかかわらず、閉鎖エレメント３が弁ハウジング２に対して同心的にガイドされる。別の形態のガイド部も可能である。
【００２７】
所望の流量もしくは所望の流量係数を達成すると共に一定に維持し、また、要求されたシール性を達成するためには、閉鎖エレメント３の外側輪郭が、図５に示した種々異なるゾーンから形成されている。ゾーンＡ３４は、流れに対して最適化された外側輪郭を有している。この場合、ゾーンＡ３４における外側輪郭は、円錐形に延びていてもよい。曲線は、逆止弁１内での抵抗が最小となり、これによって、この逆止弁１が極めて良好な流れ技術的な数値を獲得するように成形加工されている。ゾーンＡ３４の曲線には、逆止弁１の最適な密閉のために働くゾーンＢ３５の球形状もしくは球冠形状が続いている。両幾何学形状の並列によって、閉鎖された位置でシール性が付与されているだけでなく、逆止弁１の開放中には、ゾーンＡ３４によって達成される最小の流れ抵抗も付与されている。ゾーンＢ３５に続くゾーンＣ３６では、ゾーンＢ３５の円弧に対応している必要はない円弧が、この円弧に対して接線方向に延びていない直線に移行している。これによって、流れ案内エレメント３１が形成される。この流れ案内エレメント３１によって、閉鎖エレメント３の姿勢が一層安定する。すなわち、流量係数もしくは通流体積が一定に保たれる。流れ案内エレメント３１の使用は渦流発生を減少させ、ひいては、閉鎖エレメント３の支持面３７に作用する抵抗圧も減少させる。閉鎖エレメント３の、流れに対して最適化された曲線と、最適に密閉する球形状もしくは球冠形状と、流れ案内エレメント３１とから形成された外側輪郭によって、振動が減少させられ、流量係数が一定に維持され、騒音が低減され、さらに、ばね１５による逆止弁１の拡張、つまり、逆止弁１へのばね１５の増設が問題なく可能となる。
【００２８】
図６には、流れに対して最適化された外側輪郭の全周に沿ってゾーンＡ３４の範囲内に複数の羽根３８を有する閉鎖エレメント３の実施の形態が示してある。羽根３８は全周にわたって均等に分配されている。図示の実施の形態では、閉鎖エレメント３が５つの羽根３８を有している。これと異なる個数の羽根３８も可能である。これらの羽根３８は僅かな曲率を有している。このことは、流れ方向８に通流する媒体による回転発生時に役立つ。閉鎖エレメント３の回転の効果は、逆止弁１の自浄に利用される。回転によって、シール部分７とガイド部分１４とから汚染粒子が解離される。閉鎖エレメント３は、通常のケースでは、通流する媒体内で浮遊しており、閉鎖エレメント３の回転を困難にする恐れがあるような、当接面１２に接触するケースは僅かでしかないので、前述した効果が可能となる。図６に示した実施の形態では、ガイド部３２がガイドリブ３３を有している。このガイドリブ３３は、ガイド部３２の円筒状の周面に沿って螺旋状に延びている。ガイドリブ３３はその螺旋状の配置によって閉鎖エレメント３の回転運動をアシストし、逆止弁１を通る汚染粒子の搬送をアシストする。ガイド部３２に沿って真っ直ぐ延びるガイドリブ３３と、図６に示したように、ゾーンＡ３４の範囲内の周面に設けられた羽根３８との組合せも可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  逆止弁
２  弁ハウジング
３  閉鎖エレメント
４  支持リング
５  異形シール部材
６  螺入部材
７  シール部分
８  通流方向
９  逆流方向
１０  支承部
１１  リブ
１２  当接面
１３  端面
１５  ばね
１６  支持面
１８  Ｏリング
１９  Ｏリング
２０  ユニオンナット
２１  ユニオンナット
２２  接続部材
２３  接続部材
３１  流れ案内エレメント
３２  閉鎖エレメントのガイド部
３３  閉鎖エレメントのガイドリブ
３４  ゾーンＡ
３５  ゾーンＢ
３６  ゾーンＣ
３７  閉鎖エレメントの支持面
３８  羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2014501366.tif 000009
2014501366.tif 000010
2014501366.tif 000011
2014501366.tif 000012
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