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Ventil für Flüssigkeiten, Gase od. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Flüssigkeiten, Gase od. dgl., bei welchem der Verschlussteil elastisch ist und das Gehäuse eine im wesentlichen gerade Bohrung und eine seitliche, mit der Bohrung in Verbindung stehende Öffnung für den Verschlussteil besitzt, deren Querschnitt von der Bohrung aus nach aussen zunimmt und die an den Seiten tangential in die Bohrung übergeht, wobei die Wandung der Bohrung den einen Teil des Ventilsitzes und die Begrenzungsfläche der seitlichen Öffnung den zweiten Teil des Ventilsitzes bildet. Die Erfindung ist besonders bei Membranventilen anwendbar, bei welchen die Membran mit ihrem Rande rund um die seitliche Öffnung befestigt ist und dazu dient, den Mechanismus von der überwachten Flüssigkeit zu Isolieren.
Ventile der angeführten Art werden in der Praxis häufig verwendet, da sie keine Wehre, Taschen oder ähnliche Unregelmässigkeiten an der der Öffnung, über welcher die Membran befestigt ist, gegen- überliegenden Seite der Bohrung besitzen. Demgemäss ist die Strömung durch ein solches Ventil so ungestört als möglich und die Ansammlung von Rückständen in engen Öffnungen auf ein Minimum gehalten.
Die bisher vorgeschlagenen Membranventile dieser Art weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf, z. B. weil bei jeder dieser im wesentlichen kein Wehr aufweisenden Konstruktionen in der geschlossenen Stellung des Ventiles der zentrale Teil der Membran sich im wesentlichen über die gesamte, der Öffnung, um welche der Rand der Membran geklemmt ist, gegenüberliegende Oberfläche der gerade durchgehenden Bohrung erstreckt hat und demgemäss der flexible Membranteil zwischen dem zentralen und dem Randteil eine Verjüngung hatte, die durch die relative Grösse von der durchgehenden Bohrung und der Öffnung bestimmt war.
Diese Verjüngung musste im wesentlichen derart sein, dass der zwischenbefindliche, flexible Membranteil Raum hatte, um in leichter Weise eine sanfte, ringförmige, konvex gegen die Ventilkappe gerichtete Falte zu bilden, wenn das Ventil offen war, und dass diese Falte keine zu harte Biegung des verwendeten Membranmaterials ergab. Gleichzeitig war es notwendig, die Öffnung so klein als möglich zu halten, damit das Gebiet der Membran, auf welches der Druck der Flüssigkeit in der Bohrung wirkt, so klein als möglich ist und keine übermässige Kraft zur Bewegung der Membran in die geschlossene Stellung erforderlich ist. Ebenso ist es wünschenswert, die gesamte Abmessung des Ventiles so klein als möglich zu halten ; je grösser jedoch die Öffnung ist, desto länger und breiter wird das Ventil.
Eine Verjüngung, welche im wesentlichen genügt, um eine lange Biegelebensdauer der Membran zu schaffen, kann zustande gebracht werden, wenn die Öffnung relativ klein (wenngleich grösser als die Ventilbohrung) und die innere Fläche des Ventilgehäuses, welche von der Öffnung gegen die Bohrung verläuft, bei weitem nicht parallel zur Ebene des eingeklemmten Membranrandteiles. ist.
Ein grosser Nachteil war, dass, selbst wenn die Ventilseite die oben beschriebene wesentliche Verjüngung hatten, sich beträchtliche Schwierigkeiten ergaben, einen Verschluss zu erhalten. Die Ursache hiefür ist, dass bei den früheren Ventilen der Sitz quer zum Ventilgehäuse im allgemeinen in Form eines Bandes verläuft, welches einen ersten Abschnitt oder zentralen Teil, der im wesentlichen mit dem gerade durchgehenden Strömungskanal übereinstimmt, und einen zweiten Abschnitt besitzt, der aus in der Mitte liegenden Teilen, die von beiden Seiten des zentralen Teiles entlang der verjüngten Oberfläche zu entgegengesetzten Seiten der Öffnung verlaufen, und aus Endteilen zusammengesetzt ist, die ein kurzes Stück seitlich auswärts zum eingeklemmten Membranrandteil gerichtet sind.
Obwohl die Verjüngung der zwischenliegenden Bandteile wesentlich war, waren diese Teile nichtsdestoweniger so steil, dass es äusserst schwierig gewesen ist, einen Druckkörper vorzusehen, welcher sowohl die zwischenliegenden Teile, wel-
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che sich verjüngen, als auch die Endteile der flexiblen Membran, welche sich seitlich über die Öffnung hinaus erstrecken, um den gleichen Betrag gegen den Sitz presst. In der Tat sind die Abmessungen eines
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des zwischenliegenden flexiblen Membranteiles über den Rand der Öffnung herangezogen wird, um die Membranrandteile gegen die seitlich sich erstreckenden Endteile zuhalten und einen Flüssigkeitsverschluss zustande zu bringen.
Solche frühere Konstruktionen, insbesondere von Ventilen grösseren Formats, sind nicht immer vollständig erfolgreich gewesen, da sich zwischen der Membran und den seitlich sich erstreckenden Endteilen des Sitzbandes ein Lecken ergab, u. zw. selbst dann, wenn aussergewöhnlich hohe Schliesskräfte aufgebracht wurden.
Werden weiters bei diesen Ventilen Druckkörper mit Teilen verwendet, die auf den sich seitlich erstreckenden Sitzendteilen zur Auflage kommen, so ergeben sich unvermeidlich Zwischenräume zwischen dem eingeklemmten Rand des Membranteiles und den Membranteilen, die, wenn das Ventil geschlossen ist, mit den darüberliegenden Druckkörperteilen in Verbindung stehen. Dieser Zwischenraum ist hauptsächlich durch den relativ grossen Radius bedingt gewesen, den die innere Kante der Kappenklemmfläche aufweist, und der deshalb vorgesehen ist, um eine scharfe Biegung der Membran an dieser Stelle zu verhindern, wenn das Ventil offen ist. Diese Zwischenräume sind weiters bedingt durch den erforderlichen Abstand zwischen dem Druckkörperrand und der inneren Kappeufläch6..
Wenn auch diese letzteren Zwischenräume relativ klein sind, kommen häufig Undichtheiten infolge des Mangels an sicherer Zusammenpressung der Membran zwischen den zwei starren Teilen vor.
Es wurden daher auch Membran-Ventile bekanntgemacht, bei denen man die aufgezeigten Mängel durch Anordnung von Sitzrippen in der Durchflussöffnung des Gehäuses zu beheben versuchte, die an der Basis derselben ansetzten und sich seitlich bis zum Kopfende erstrecken. Aber auch diese Konstruktionen konnten nicht befriedigen, da bei ihnen der mittlere Teil des verjüngten Abschlussorganes mit seiner Unterseite die Rippen an der Basis der Bohrung berührt, lange bevor der verjüngte Teil des Abschlussorganes die Membran an den Seiten gegen die Rippen andrückt und es ist praktisch fast unmöglich, dieses Anliegen der Membran an der Basis gleichzeitig mit einem sachgemässen Abschliessen am Kopfende in Übereinstimmung zu bringen, besonders dort, wo die Membran In die. Klemmflanschen übergeht.
Diese Ventile waren daher ebenfalls nicht dicht. Nachteilig wirkte sich bei ihnen weiters aus, dass sie ziemlich steif sind, da die Membran in ihrem mittleren Teil ein Kopfstück aufweist, das ebenso gross ist wie die Bohrung des Ventiles. Die Verkrümmungen, denen der rohrförmige Teil der Membran beim Öffnen des Ventiles unterliegt, zerstören daher diesen Teil der Membran bereits nach verhältnismässig kurzer Betätigungszeit.
Ziel der Erfindung ist es, die aufgezeigten Mängel zu vermeiden und ein Ventil vorzuschlagen, das nicht nur vollkommen dicht abschliesst, sondern auch eine lange Lebensdauer besitzt. Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass der Druckkörper, welcher auf den Verschlussteil einwirkt und/9der der Verschlussteil und/oder Sitz einen vorstehenden Streifen aufweist, der zur Ausbildung bzw. Verbesserung der Dichtung im wesentlichen entlang der Schnittlinie zwischen der Bohrung und der seitlichen Öffnung verläuft.
Nach einem Merkmal der Erfindung weist der vorstehende Streifen die Form eines flachen Bandes von im wesentlichen konstanter Breite auf.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Verschlussteil in an sich bekannter Weise eine Membran sein, die mit ihrem Randteil rund um die seitliche Öffnung im Gehäuse festgeklemmt ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. In dieser zeigen Fig. l eine Draufsicht auf ein Membranventilgehäuse mit einem er- findungsgemäss ausgebildeten Sitz. Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des in Fig. l dargestellten Sitzes, wobei diese Oberfläche mit der Oberfläche eines Kegels übereinstimmt, der eine wesentliche Verjüngung und ein abgerundetes Ende besitzt, das den gleichen Radius wie die gerade durchgehende Bohrung aufweist,.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein komplettes Ventil mit einem Gehäuse nach Fig. l, wobei das Ventil in offener Stellung dargestellt ist, Fig. 4 einen gleichen Schnitt wie Fig. 3, wobei jedoch das Ventil in geschlossener Stellung dargestellt ist und die Fig. 5 und 6 je einen Querschnitt nach den Linien 5-5 bzw. 6-6 der Fig. 3 bzw. Fig. 4.
In der Zeichnung ist mit 10 ein im allgemeinen zylindrisches Ventilgehäuse bezeichnet, das an beidenEnden Flanschen 12 aufweist. Eine in der einen Seite des Gehäuses vorgesehene Öffnung 14 ist von einem Klemmflansch 16 umgeben, in welchem Bohrungen18 zur Aufnahme von Schrauben 19 (vgl. FIg. 3-6) vorgesehen sind. Die Inneren Wände 20 des zylindrischen Ventilgehäuses begrenzen einen geraden,
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durchgehenden Strömungskanal bzw. eine solche Bohrung 22, welcher bzw. welche von einem kegeligen Raum 15 gekreuzt wird. Dieser Raum wird von den Oberflächen von Seitenwänden 28 begrenzt, die sich von der Öffnung 14 aus einwärts mit wesentlicher Verjüngung gegen die Bohrung erstrecken.
Die geschlossene, ununterbrochene Membransitzfläche ist mit 26 bezeichnet und am besten aus der perspektivischen Darstellung in Fig. 2 zu ersehen, in welcher diese Fläche ohne das Ventilgehäuse gezeigt ist und zwei geschlossenen, seitwärts gekrümmten Bändern gleicht, die einen gemeinsamen zentralen Teil 25 haben, der mit einem Bodenteil der Bohrung 22 übereinstimmt. Jeder der übrigen Teile 24 der durchlaufenden Sitzfläche ist um eine Schnittlinie der Bohrung 22 mit dem kegeligen Raum 15 angeordnet. Wie aus Fig. l zu ersehen, sind diese Teile 24 gegenüber den inneren Oberflächen der sich verjüngenden Seitenwände 28 erhöht. Die diametral gegenüberliegenden höchsten Stücke der Sitzflächenteile 24 stossen an dem inneren Rand des Flansches 16, gegen welchen der Membranrandteil geklemmt ist, an und gehen in diesen über.
Die Sitzfläche folgt also der Schnitt- odeJ1 Durchdringungslinie eines Kegels mit einem abgerundeten Ende und eines Zylinders, dessen Achse mit der Achse des Kegels einen rechten Winkel einschliesst, wobei das abgerundete Ende des Kegels den gleichen Radius wie der Zylinder aufweist und im wesentlichen mit diesem in Berührung steht. Tatsächlich wird die Sitzfläche von einem zweiten konzentrischen Kegel gebildet, der um den Betrag kleiner als der erste Kegel ist, um welchen die Sitzflächenteile 24 über der Oberfläche der Wände 28 erhöht sind.
In den Fig. 3-6 wird gezeigt, wie dieser neue Sitz mit den andern Teilen des Ventiles zusammenwirkt. In diesen Figuren ist mit 40 der übliche Betätigungsmechanismus für das Ventil bezeichnet, welcher eine Kappe 42 mit einem Flansch 44 am unteren Ende zum Klemmen das Randteiles 45 der Membran 54 gegen den Gehäuseflansch 16 sowie eine mit einem. kegelstumpfförmigen Druckkörper 48 in Verbindung stehende Betätigungsspindel 46 umfasst. In der Kappe 42 sind in üblicher Weise Führungen 49 und Nuten 51 zur Verhinderung eines Verdrehens des Druckkörpers vorgesehen. Ein Stift 50 ist mit seinem erweiterten Kopf in einem verdickten, zentralen Teil 52 der flexiblen Membran 54 eingebettet und steht über seinem, mit einem Gewinde versehenen Schaft mit dem Ende des Druckkörpers in Verbindung.
Im geschlossenen Zustande des Ventiles sitzt der zwischen dem zentralenTeil und dem Randteil befindliche Teil 55 der Membran auf den Flächen 24 und der zentrale Endteil auf der Fläche 25 auf. Der Druckkörper 48 übt unmittelbar eine Druckkraft auf die Membran auf alle Punkte, die in Berührung mit der Sitzfläche 26 sind, aus, so dass kein Bereich längs des Sitzes vorhanden-ist, wo die Membran nicht zwischen zwei starren Teilen zusammengepresst wird, und eine blosse Dehnung der Membran zur Erwirkung desFlüssigkeitsverschlusses nicht herangezogen wird. Da die innere Wand 28 des Raumes 15 in bezug auf die benachbarten Sitzflächenteile 24 zurückgesetzt ist, wird die Membran, wenn sie mit der Wand 28 in Berührung kommt, mit keiner wesentlichen Kraft gegen diese gepresst.
Wie aus Fig. 4 entnommen werden kann, wirkt der Flüssigkeitsdruck, wenn das Ventil geschlossen ist, auf die der Strömung zugekehrte Seite der Membran und ist bemüht, den Druckkörper und die Membran zu bewegen und die andere Seite der Membran gegen den von der Strömung abgekehrten Sitzflächenteil 24 zu pressen. Auf diese Art wird der Flüssigkeitsdruck selbst zur Erzeugung des Flüssigkeitsverschlusses verwendet.
In der Praxis soll die Neigung des kegeligen Raumes 15 wesentlich so sein, dass sie gestattet, die Membran ohne übermässige Dehnung und Faltung aus der offenen in die geschlossene Stellung zu bewegen.
Ein Kegelwinkel von mehr als 600 hat sich als befriedigend erwiesen, obwohl selbstverständlich diese Gestalt nur zur Erläuterung angegeben ist.
Es ist nicht erforderlich, dass die beiden diametral gegenüberliegenden obersten Stücke der Sitzflächenteile 24 in die obere Fläche des Flansches 16 übergehen. Solch eine Ausführung bezweckt die Gesamthöhe des Ventiles auf ein Minimum zu beschränken. wenn es jedoch erwünscht ist, kann die Wandfläche 28 Teile umfassen, welche über die Sitzfläche 26 an allen Punkten hinausgehen.
Da die Teile 24 der Sitzfläche der Schnittlinie zwischen der Wandoberfläche und der Bohrung benachbart sind und sich um die Mitte derVentilbohrung mit denEnden des ersten Sitzabschnittes vereinigen, ist es zu verstehen, dass die Teile 24 an jedem günstigen Platz der Wandoberfläche angeordnet werden können, wobei es lediglich erforderlich ist, dass diese Abschnitte 24 relativ schmal sind, dass sie rund um die Schnittlinie zwischen der Wandoberfläche und der Bohrung verlaufen und dass sie sich mit dem ersten Sitzabschnitt, der sich quer zur Bohrung erstreckt, vereinigen.
Während die vorhergehende Beschreibung in bezug auf ein Membranventil gegeben wurde, bei welchem die Flüssigkeit durch die Membran abgeschlossen und am Eintritt in die Kappe verhindert wird, ist es zu verstehen, dass in gewissen Fällen, in welchen der Flüssigkeitseintritt in die Kappe nicht unzulässig
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ist und insbesondere in welchen es erwünscht ist, die Schliesskraft klein zu halten, in der Membran an irgendeinem Punkt, der nicht zur Auflage auf die Sitzfläche kommt, eine Öffnung vorgesehen werden kann, wodurch der Druck auf beide Seiten der Membran gleich wird. Weiters kann der Teil der Membran, der zwischen dem Gehäuse eingeklemmt ist, getrennt von dem Teil, der den Sitz bildet, vervollständigt werden, was bei einem Hahn wesentlich ist.
Obgleich die neue erfindungsgemässe Sitzgestaltung gemäss der Zeichnung durch einen erhöhten Gehäuseteil, welcher z. B. mit 24 bezeichnet ist, erzielt wird, können selbstverständlich auch andere Anordnungen verwendet werden, um einen Sitz dieser Art zu erhalten. Zum Beispiel könnte eine Rippe dieser Gestalt auf der Vorder-und/oder Rückseite der Membran oder auf dem Druckkörper hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Ventil für Flüssigkeiten, Gase od. dgl., bei welchen der Verschlussteil elastisch ist und das Gehäuse eine im wesentlichen gerade Bohrung und eine seitliche, mit der Bohrung in Verbindung stehende Öffnung für den Verschlussteil besitzt, deren Querschnitt von der Bohrung aus nach aussen zunimmt und die an den Seiten tangential in die Bohrung übergeht, wobei die Wandung der Bohrung den einen Teil des Ventilsitzes und die Begrenzungsfläche der seitlichen Öffnung den zweiten Teil des Ventilsitzes bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper, welcher auf den Verschlussteil einwirkt, und/oder der Verschlussteil und/oder der Sitz einen vorstehenden Streifen aufweist, der zur Ausbildung bzw. Verbesserung der Dichtung im wesentlichen entlang der Schnittlinie zwischen der Bohrung und der seitlichen Öffnung verläuft.