DE3421839A1

DE3421839A1 - Rueckschlagventil mit geringer traegheit

Info

Publication number: DE3421839A1
Application number: DE19843421839
Authority: DE
Inventors: Sharon Joseph Lambertville Mich. Hudson jun.
Original assignee: Sharon Manufacturing Co Inc
Current assignee: Sharon Manufacturing Co Inc
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1985-01-10
Also published as: US4759385A; FR2548327B1; AU2978084A; FR2548327A1; JPH0229912B2; AU547345B2; DE3421839C2; JPS6014669A; CA1243920A

Description

Die ErfimUmg bezieht sich auf ein Rückschlagventil mit geringer Trhgheit, das zum Betrieb bei hohen Zyklusfrequenzeii und verschiedenen anderen ungünstigen Bedingungen ausgelegt ist.

Das Rückschlagventil ist insbesondere ausgelegt für eine Verwendung in Auspuffluftansaugsystemen von Kraftfahrzeugmotoren, wo das Ventil bei hohen Umgebungstemperaturen unter einem in dem Auspuffsystem erzeugten hohen Gegendruck arbeite-Das Rückschlagventil muß einen Eingangsstrom durch das Venti L hindurch bei relativ niedrigen Drücken und einem Minimum an Druckabfall gestatten. Außerdem muß es über einen weiten Bereich von Zyklusfrequenzen leistungsfähig arbeiten, wie beispielsweise relativ niedrigen Zyklusfrequenzen, die beim Betrieb eines Motors im Leerlauf auftreten, und bei relativ hohen Frequenzen, die bei einem Betrieb des Motors bei Höchstgeschwindigkeit auftreten. Da das Rückschlagventil eine elastomere Membran aufweist, die kraftvoll mit bestimmten Abschnitten der Bestandteile des Ventils in Berührur kommt, müssen diese Bestandteile im Hinblick auf eine Verminderung der Abnutzung der Membran auf ein Minimun ausgelegt werden.

Die offenbarte Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil mit geringer Trägheit, das zur Verwendung in einem Auspuffluftansaugsystem eines Kraftfahrzeugmotors geeignet

ist. Das Rückschlagventil hat eine federlose Membranlagerungsanordnung, welche einen ringförmigen Lagerrahmen, eine bogenförmige Membranbegrenzung, die an gegenüberliegenden Enden mit dem Rahmen verbunden ist, eine Membran und eine Membranhalterung enthält. Vor dem Einbau hat die Membran die Form eines flachen kreisförmigen Teils. Die Membran ist hergestellt aus elastomerem Blattmaterial und wird bei Lagerung auf dem Lagerrahmeneinbau zwischen der Begrenzung und der Halterung in ihrem mittleren Teil in einem vorgegebenen Ausmaß genügend zusammengedrückt, um einen äußeren Abschnitt von der Begrenzung fort in Richtung auf die Haiterung zu schalenförmig zu verformen. Die Begrenzung ist kreisförmig und entspricht genau der Größe der Membran, ist jedoch in eine im wesentlichen halbzylindrische Form verformt. Die Membranlagerungsanordnung ist in einem Kanister zwischen zwei kegeistumpfförmigen Kanisterkörpern gelagert, die mit ihren großen Enden einander gegenüberliegend konzentrisch angeordnet sind. Die Membranlagerungsanordnung ist von kegeistumpfförmigen Kanisterkörpern von verschiedener Größe eingeschlossen. Einer von ihnen begrenzt die Auslaßkammer des Ventils und ist von größerem Durchmesser und größerer axialer Länge als der andere, der die Eingangskammer begrenzt. Der die Eingangskaminer begrenzende Kanisterkörper ist mit einem ringförmigen Sitz versehen, welcher die Innenkante des großen Endes seines kegelstumpfförmigen Körpers verkörpert. An gegenüberliegenden Enden des Ventilgehäuses sind Einrichtungen zur Verbindung

des Ventils mit dem System vorgesehen. Vorzugsweise sind die Bestandteile des Rückschlagventils außer der elastomeren Membran axis Metall hergestellt.

Die Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden am besten aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Seitenansicht teilweise im Schnitt, welche die bevorzugte Ausführungsform des Rückschlagventils zeigt,

Fig. 2 eine Darstellung der Membranlagerungsanordnung im Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 3» welche die Querschnittsform der elastomeren Membran vor dem endgültigen Einbau in den Ventilkanister zeigt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Membranlagerungsanordnung nach Fig. 2,

Fig. '+ einen Schnitt durch die Membranlagerungsanordnung nach Linie k-k der Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die elastomere Membran vor dem Zusammenbau auf den Bestandteilen der Membranlagerung,

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Fig. 6 eine weitere vergrößerte Teilansicht zur Darstellung des Querschnitts des ringförmigen Sitzes und der angrenzenden Abschnitte des Einlaßkanisterkörpers und

Fig. 7 einen Schnitt durch die Membranlagerungsanordnung ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten, jedoch mit nur einem einzigen Niet zur Befestigung der Bestandteile aneinander.

Es wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen Fig. 1 eine Seitenansicht des Rückschlagventils 10 teilweise im Schnitt nach einer axial verlaufenden Ebene zeigt. Das Ventil hat ein Gehäuse oder einen Kanister, der grundsätzlich aus zwei kegelstumpfförmigen Gehäuseabschnitten hergestellt ist. Der kegeistumpfförmige Abschnitt 12 begrenzt eine Eingangskammer 14, und der andere 16 begrenzt eine Ausgangskammer 18. Die kegelstumpfförmigen Abschnitte sind mit ihren großen Enden oder Grundflächen einander zugewendet angeordnet und auf dem Umfang miteinander versiegelt. Vorzugsweise wird dies durchgeführt, indem jeder von ihnen mit einem seitlich angeordneten flachen Umfangsflansch 28 oder 30 versehen wird. Der Flansch 30 ist mit einer Umfangslippe 32 mit einem derart bemessenen Innendurchmesser versehen, daß sie den Flansch 28 des kegelstumpfförmigen Abschnitts 12 eng anliegend aufnimmt. Die Lippe J2 ist von ausreichender Breite, um über die Kante des Flansches 28 nach innen gepreßt zu

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werden und die Kanisterabschnitte gemeinsam mit dem sandwichartig zwischen ihnen angeordneten ringförmigen Ring der Membranlagerungsanordnung zu verriegeln. Während die Lippe als einstückiger Teil des AusgangskammerabSchnitts 16 gezeigt ist, könnte sie ohne weiteres auf dem Eingangskammerabschnitt 12 ausgebildet oder selbst als gesonderter Teil hergestellt werden. Ihre Funktion besteht darin, die kegelstumpff örmigen Abschnitte und die Membranlagerungsanordnung während des endgültigen Zusammenbaus koaxial miteinander auszurichten und dann die Kanisterabschnitte miteinander zu versiegeln.

Der Eingangskammerabschnitt 12 hat einen Leitungsanschluß Jk, wie beispielsweise einen Einsatzschlauchverbinder, der einstückig an dem kleinen Außenende seines kegelstumpfförmigen Körpers befestigt ist. Das größere innere Ende des Eingangskammerabschnitts 12 ist mit einer geformten ringförmigen Rippe oder einem Sitz kO (siehe Fig. 6) versehen. Dieser Sits 40 hat eine abgestumpfte dreieckige Querschnittsform, deren innere Winkelseite die Innenkantenfläche des Körpers des kegelstumpfförmigen Abschnitts 12 bildet. Das abgestumpfte Ende k2 ist im wesentlichen flach und hat eine Breite von 0,03 Zoll bei einem Sitz mit einem Innendurchmesser von etwa 1,1 Zoll. Die andere Winkelseite ^k begrenzt einen Seitenabschnitt einer konzentrischen ringförmigen Ausnehmung ^6, die um den Sitz ho herum angeordnet ist.Diese Ausnehmung hat

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eine allgemein flache ¥and ^7» die sich seitlich von der Außenkante des Sitzes kO zu einem Punkt hinter der Kante der Membran forterstreckt, wo sie mittels eines geneigten ringförmigen Wandabschnitts 48 mit dem oben erwähnten flachen seitlichen Flansch 28 verbunden ist, so daß der Außenflansch in einer hinter der Ebene des Sitzes kO gelegenen Ebene liegt. Der axiale Abstand zwischen der Innenseite der flachen Ausnehmungswand 'lO und dem Sitz beträgt in diesem Fall 0,01 Zoll. Der Innendurchmesser des großen Endes der Eingangskammer 1*1 ist in dem dargestellten Beispiel infolge ihrer Koinzidenz der gleiche wie der Durchmesser der Innenkante des ringförmigen Sitzes ho, und dieser Durchmesser ist geringer als der entsprechende Innendurchmesser des großen oder Basisendes der kegelstumpfförmigen Ausgangskammer 18. Vorzugsweise ist er um etwa ein Viertel kleiner. Der Seitenwandwinkel der Eingangskammer 14 beträgt 19 > und seine axiale Länge beträgt 0,7 Zoll.

In dem hier offenbarten und in den Zeichnungen gezeigten Beispiel beträgt der Wandwinkel der Ausgangskammer 18 13 » die axiale Länge 0,9 Zoll und der Innendurchmesser an ihrem großen Ende 1,6 Zoll. Diese Faktoren bilden zusammen ein Ausgangskammervolumen, welches erheblich größer ist als das Volumen der Eingangskammer. An dem Ende der Ausgangskammer mit dem kleinen Durchmesser ist ein Innengewindeanschlußstück k9 befestigt.

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Die Membranlagerunganordnung 50 enthält einen Membranlagerralimon "52, eine Membran 5^·» eine Memb ranhalt er ung 56 und wenigstens einen Befestiger 58 zum Zusammenhalten ihrer Bestandteile. Der Lagerrahmen ist vorzugsweise aus einem kreisförmigen Stück Metallblech hergestellt und weist einen flachen Außenring 62 sowie eine bogenförmige Membranbegrenzung 6h auf, die einstückig durch zwei schmale radial angeordnete Bänder, die sich an diametral gegenüberliegenden Punkten befinden, mit der Innenseite des Ringes verbunden ist. Vorzugsweise weisen die Bänder 66 jeweils in der Mitte zwischen der Begrenzung 6k und dem Außenring 62 eine geneigte Erhöhung oder ei: Stufe 68 auf (siehe Fig. 2), um die Begrenzung in Richtung auf das Eingangsende des Ventils zu versetzen. Die Versetzung sollte nicht so groß sein, daß sie den lichten Raum zwischen den Bändern 66 und dem nächsten Punkt auf dem ringförmigen Sitz kO auf weniger als die Dicke der Membran in zusammengebautem Zustand vermindert. Vorzugsweise sollte der oben erwähnte lichte Raum in der Größenordnung von 0,005 Zoll liegen.

Die Membranbegrenzung 6h ist vor der Verformung in ihre bogenförmige Gestalt im wesentlichen kreisförmig. Ihre Größe entspricht im wesentlichen der Größe der Membran, könnte jedoch leicht geringer sein. Vorzugsweise wird die bogenförmige Begrenzung auf einer zylindrisch geformten Formbacke geformt, so daß ihr ungebogener Durchmesser mit der Mittellinie der

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Bänder zusammenfällt und in einer Ebene liegt, welche die Achse der zylindrischen Formbacke enthält. Mit anderen Worten hat die Begrenzung 6h eine teilweise zylindrische Gestalt, als ob sie durch Auflegen eines kreisförmigen Musters auf ein zylindrisches Rohr mit einem kleineren Radius und Ausschneiden der Begrenzung aus dem Rohr gemäß dem Muster hergestellt worden wäre. Der Krümmungsradius der Innenseite der Begrenzung beträgt vorzugsweise etwa zwei Drittel des Radius der kreisförmigen Begrenzung. Die Krümmung ist von der Membran fort und in Richtung auf das Ausgangsende des Ventils gerichtet. Der Einschnürungsbereich des Ventils, der hier als der Öffnungsbereich zwischen der Kante der Begrenzung 64 und den nächsten Punkten auf der Innenseite der Ausgangskammer definiert ist, sollte etwa ein Viertel größer sein als der Öffnungsbereich des Eingangsanschlußstücks 3^· In der in Fig. 1 bis k gezeigten Ausführungsform hat die Begrenzung zwei Befestigeröffnungen von gleichem Durchmesser, die mit gleichem Abstand um wenigstens einen Durchmesser von den gegenüberliegenden Seiten des Mittelpunktes der Begrenzung auf Abstand gehalten und auf dem oben erwähnten ungebogenen Durchmesser oder der Mittellinie zentriert sind. Fig. 7 zeigt im wesentlichen die gleiche Begrenzung 16h mit einer einzigen Befestigeröffnung in ihrem Mittelpunkt.

In den Zeichnungen sind zwei verschiedene Membranhalterungen dargestellt. Die mit zwei Befestigern ausgestattete Aus-

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führungsform 56 der Halterung (siehe Figuren 2 bis 4) hat einen länglichen flachen Mittelabschnitt 07 mit parallelen .Seiten und halbkreisförmigen Enden. Eine schmale Wand 69 mib einer abgerundeten Verbindungskante umgibt den länglichen Mittelabschnitb 67· Kreisförmige Abschnitte oder planare Ansätze 7I erstrecken sich in einer Ebene von der Oberseite der parallelen Seiten der bogenförmigen Wand nach außen, so daß die Umfangsforin der Begrenzung im wesentlichen kreisförmig ist. Für die Befestiger 5"» wie beispielsweise flachköpf ige mit Schultern versehene Niete, sind in den halbkreisförmigen Enden des flachen Mittelabschnitts 67 zentrierte Befestigeröffnungen vorgesehen.

Die mit einem einzigen Befestiger ausgestattete Ausführungsfortn, die in der in Fig. 7 gezeigten Meinbranlagerungsanordnun; 150 verkörpert ist, hat die Form einer kreisförmigen Schale 156 mit einem mit einer Öffnung versehenen flachen kreisförmigen Basisabschnitt 157» einem sich bogenförmig weitenden mittleren Wandabschnitt I69 und einem flachen ringförmigen Rand 171. Die Schalentiefe der Halterung ist im wesentlichen die gleiche wie die Schalentiefe der Membran bei Messung der Membran nach ihrer Anordnung auf der Begrenzung, jedoch vor dem Einsetzen der Membranlagerungsanordnung in den Ventilkanister. Dies Merkmal ist beiden Ausführungsformen der Halterung gemeinsam. Ein weiteres beiden Ausführungsformen gemeinsames Merkmal besteht darin, daß alle scharfen Kanten

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abgestumpft sind, beispielsweise durch Umwälzen einer Anzahl Halterungen in einer Trommel mit einem Abriebmittel. Diese Halterungen 56, 156 dienen zusätzlich zum Zusammendrücken des mittleren Abschnitts der Membran auch als eine Begrenzung für die Membranbewegung in Rückschlagrichtung. Sie lagern die Membranen und verhindern ein Zusammenfallen derselben während des Betriebes, wenn die Gegendruckspitze den Eingangsdruck in dem Ventil übersteigt.

Zur Verwendung in Kraftfahrzeugen wird die Membran 5'+ aus einem Fluorelastomer hergestellt, welches relativ stabile physikalische Eigenschaften über einen Temperaturbereich von -20°F bis 300⁰F, vorzugsweise bis zu ^50°F, aufweist. Derartige Elastomere werden von den Firmen E.I. DuPont Ό Ε Nemours and Co. und Minnesota Mining and Manufacturing Co. unter dem Warenzeichen Viton bzw. Florel hergestellt. Das Elastomere ist auch brennstoff- und ölbeständig. Vorzugsweise wird die elastomere Membran $h für das hier offenbarte Beispiel aus einem Blattmaterial mit einer gleichmäßigen Dicke von 0,03 Zoll und einem Durometerwert von 70 hergestellt. Die Membran 5^ ist kreisförmig und hat einen Durchmesser von 1,3 Zoll. Auf einem Durchmesser der Membran entlang sind drei Löcher von 1/8 Zoll Durchmesser mit Abständen von Mitte zu Mitte von etwa 1 2/3 Durchmesser vorgesehen. Das Öffnungspaar 180 auf der Außenseite ist für die Befestiger 58 bestimmt,und die innere Öffnung 182 (siehe Fig. 5)

ist eine Entlastungsöffnung, welche ein Kaltextrudieren der umgebenden Abschnitte der Membran in den Entlastungsbereich hinein zuläßt, wenn die Membran 5'¹ während des Zusammenbaus der Membrananordnung zwischen der Halterung 56 und der Begrenzung Gk zusammengedrückt wird. In der Aus führung s.form 150 mit einem einzigen Befestiger ist die Membran lediglich mit einer mittleren Öffnung 182 für ihren Befestigungsniet versehen. In beiden Membranlagerungsanordnungen 50 und beträgt der Bereich der Membranlcompression etwa ein Zehntel des Membranbereichs, und dieser Teilbereich der Membran wird auf 75 bis 85$ ihrer ursprünglichen Dicke zusammengedrückt. Es ist zu beachten, daß jede der Membranen zwischen einer flachen Oberfläche auf der Halterung und einer gegenüberliegenden bogenförmigen Oberfläche auf der Begrenzung zusammengedrückt wird.

Das oben erwähnte Rückschlagventil mit geringer Trägheit arbeitet leistungsfähig bei Frequenzen von 100 Hertz je Sekunde und Eingangsdrücken von nur 1/2 PSI (lb je Quadratzoll) bei zyklischen Gegendruckspitzen von bis zu 10 PSI. Obwohl die einzelnen Beiträge zur Leistungsfähigkeit des Rückschlagventils im Betrieb insgesamt, wie der relativen Formen, Größen und Lagen der verschiedenen Komponenten, nicht genau bestimmt worden sind, tragen doch offensichtlich alle einen Teil zur Verbesserung seiner Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Leichtigkeit in der Herstellung

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bei. Es ist auch selbstverständlich, daß das offenbarte Ventil in Abhängigkeit von den Durchsatzerfordernissen in den Grö'ßenabmessungen heraufgesetzt oder verringert und in weniger ungünstigen Umgebungen als den in Auspuffluftansaugsystemen für Kraftfahrzeuge anzutreffenden verwendet werden kann.

Der Bereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.

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Claims

Ansprüche :

1.; Ruckschlagventil mit geringer Trägheit, gekennzeichnet durch einen Gehäusekörper mit einer divergierenden kreisförmigen Seitenwand, welche eine Eingangskammer begrenzt, die auf ihrem größeren Ende einen ringförmigen Ventilsitz aufweist, einen weiteren Gehäusekörper mit einer divergierenden kreisförmigen Seitenwand, die eine Ausgangskammer begrenzt, wobei sich diese Körper mit ihren großen Enden gegenüberliegen, Mittel zur dichtenden Verbindung dieser Gehäusekörper miteinander in dieser Beziehung, sowii eine zwischen diesen Körpern angeordnete Membranlagerungs-

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anordnung, welche eine elastomere Membran, eine Membranbegrenzung auf der Ausgangskammerseite der Membran, eine Membranhaiterung auf der Eingangsseite der Membran, sowie Einrichtungen zur Befestigung der Bestandteile der Membranlagerungsanordnung miteinander einschließt, wodurch ein Zusammendrücken eines mittleren Teils der Membran zwischen der Halterung und der Begrenzung verursacht wird.

2. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil der Membran um einen vorgewählten Betrag zusammengedrückt wird, um dadurch die äußeren Abschnitte der Membran in Richtung auf den Sitz zu beaufschlagen.

3. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsfläche der Membranhaiterung flach und die Kompressionsfläche der Begrenzung bogenförmig ist.

h. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressions fläche der Membranhaiterung länglich ist und parallele Seiten und halbkreisförmige Enden aufweist.

5. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsfläche flach

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und von einer schmalen Wand mit einem abgerundeten unteren Ende umgeben ist.

6. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsbereich ein Zehntel des Menibranberelchs beträgt.

7· Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der komprimierte Abschnitt der Membran bis zu zwischen 75 und 85¹JO seiner ursprünglichen Dicke zusammengedrückt ist.

8. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Begrenzung im Bereich der Membrtin im wesentlichen halbzylindrisch isi

9. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranlagerungsanordnung einen Lagerrahmen mit einem zwischen den Gehäusekörpern sandwichartig angeordneten ringförmigen Außenring enthalt, sowie zwei diametral gegenüberliegende radiale Bandkörper, die sich zwischen der Membranbegrenzung und dem Atißenring erstrecken und von den nächsten Abschnitten des Sitzes um einen die Dicke der Membran übersteigenden Betrag auf Abstand gehalten sind.

10. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung kreisförmig und in eine im wesentlichen halbzylindrische Form gebogen ist und die Mittellinie der Bänder mit ihrem ungebogenen Durchmesser fluchtet.

11. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkörper Stufen aufweisen, welche die Begrenzung von dem ringförmigen Außenring in Richtung auf die Eingangskammer versetzen.

12. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des großen Endes der Ausgangskammer größer ist als der Innendurchmesser des großen Endes der Kingangskammer.

3. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Ausgangskammer mit dem großen Durchmesser um ein Viertel größer ist als das Ende der Eingangskainmer mit dem großen Durchmesser.

^h. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Ausgangskammer größer ist als die axiale Länge der Eingangskammer .

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^r;. lUlckHcli J ngvenl J.]. mit ßcringer Ti'ägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern kegelstumpfförmige Körper haben.

16. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, daß der Wandwinkel der Eingangskammer größer ist als der Wandwinkel der Ausgangskammer.

17. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadrirch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine abgestumpfte dreieckige Querschnittsform hat und die innere Winkelseite ein Abschnitt der Innenkantenfläche der divergierenden kreisförmigen Seitenwand ist.

18. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Fluorelastomer mit einem Durometerwert von 70 und vor dem Einbau gleichmäßiger Dicke hergestellt ist.

19. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine mittlere Ent1astungsöffnung aufweist, in die hinein während des Einbaus umgebende Abschnitte der Membran kalterctrudiert worden.

20. Rückschlagventil mit geringer Trägheit nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zwei auf gegenüberliegenden Seiten einer mittleren Entlastungsöffnung mit Abstand angeordnete Befestigeröffnungen aufweist.