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Hahn für flüssige oder gasförmige Betriebsmittel
Die Erfindung betrifft einen Hahn für flüssige oder gasförmige Betriebsmittel, bei dem eine verform- bare Membran mit einem Ventilsitz zusammenwirkt.
Es sind Gas-und Flüssigkeitshähne bekannt, deren Dichtung aus einer flachen, am Rand gepressten
Membran besteht, deren mittlere Fläche mit dem Sitz der Mündung einer Leitung zusammenwirkt. Wenn die Membran zum Abschliessen des Hahnes verformt wird, unterliegt sie einer Dehnung, wodurch sie reissen oder eine dauernde Formänderung erleiden kann. Um dies zu verhüten, müssen für die Membran sehr weiche, nicht verstärkte Werkstoffe verwendet sowie verhältnismässig grosse Durchmesser und kurze Hübe gewählt werden, so dass derartige Hähne grossen Raumbedarf haben und fur grössere Drücke und Fördermengen ungeeignet sind. Anderseits erfordert das Fehlen einer aktiven, die Membran hebenden Kraft, wenn sich die Membran verformt hat, daR diese vom Flüssigkeitsdruck gehoben wird, was diese Hähne ebenfalls für sehr niedrige Drücke ungeeignet macht.
Eine günstigere Wirkungsweise erreicht man durch Verwendung einer Balgmembran, die sich leichter bewegen lässt. In diesem Fall entsteht aber der
Nachteil höherer Herstellungskosten dieser Membran, die wegen der komplizierten Gestaltung ein- zeln gegossen werden muss ; dazu kommt noch die Unmöglichkeit, für diese Art Membran tin wirksames Widerlager für den Betrieb unter höherem Druck zu verschaffen.
Auf Grund einer durch die deutsche PatentschriftNr 806507 bekannten Bauweise wird in einem Mem- branhahn des erstgenannten Typs eine Membran verwendet, die einen grösseren Durchmesser hat als ihr Sitz. so dass sie nach ihrer Befestigung eine Form annimmt, wobei die mittlere Fläche sowie die äussere Randfläche ungefähr eben und eine ringförmige Übergangszone dazwischen glockenförmig gewölbt ist ; letztere verformt sich bis zur Umstülpung, wenn der Hahn geschlossen wird.
Um diese verhältnismässig komplizierte Form annehmen zu können, muss die ursprünglich flach gestaltete Membran eine stärkere Formänderung erfahren, wobei sie höheren, an einzelnen Stellen stärker auftretenden Zug- und Druckbeanspruchungen unterliegt ; sie muss daher eine höhere Verformbarkeit besitzen und insbesondere gut dehnbar und zusammenpressbar sein, so dass sie in ihrem Gefüge nicht verstärkt werden darf, wenn sie einen empfindlich hohen Druck allein aushalten sollte.
Dafür muss ein verhältnismässig kompliziertes bewegliches Widerlager zur rückwärtigen Abstützung der Membran vorgesehen werden.
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tung ein wenig deformiert ist, um den Hahn geschlossen oder geöffnet zu halten, jedoch immer in im wesentlichen ebener Form eingespannt ist, wodurch sie einer starken Dehnung unterworfen wird, wenn sie eine grössere Verformung erfahren muss. Bei dieser Konstruktion der Ventile wird bewusst darauf hingearbeitet, den Hub der Membran im Vergleich zu ihrem Durchmesser möglichst gering zu halten. Ausserdem wird die Membrane zum Zweck ihrer Rückführung mit einem vom Handrad her betätigten verschiebbaren Teil formschlüssig verbunden oder es wird eine Ringfeder vorgesehen. Es ist auch vorgeschlagen worden, das Abheben der Membran vom Ventilsitz durch den Druck der Flüssigkeit selbst zu bewirken.
Diese Ventile haben ebenfalls nicht befriedigt,
Die Erfindung hat zur Aufgabe, der Membran eine Form zu geben, die in Offenstellung einer ver- hältnismässig hohen Kalotte entspricht, wodurch der Hahn unter einfacher Deformierung der Membran, ohne sie dehnen zu müssen, geschlossen werden kann und nach Öffnen des Hahnes die Rückkehr der Mem-
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brane in ihre Offenstellung allein durch die elastischen Kräfte des Materials der deformierten Membrane hervorgerufen wird.
Zu diesem Zweck wird ein Hahn der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, bei welchem erfin- dungsgemäss mindestens einer der im wesentlichen in der Höhe des Ventilsitzes angeordneten Umfangsborde, zwischen welchen die Membrane festgehalten wird, eine Fläche aufweist, deren Erzeugende ge- genüber der Achse des Hahnes merkbar schräg liegt, so dass die eingebaute Membran in der Offenstellung die bekannte Form einer Schale mit dem Ventilsitz zugekehrter Hohlseite annimmt, wobei diese Schale im Verhältnis zu ihrem Durchmesser tief ist und die Membran keinen nennenswerten Dehn-oder Druckbeanspruchungen ausgesetzt ist.
Der Durchmesser der Membran kann auch bei grösserem Hub klein sein und ihr Werkstoff braucht praktisch nicht dehnbar sein ; es können z. B. steifer Gummi, mit Leinwand verstärkter Gummi, Leder, Kunststoffe in der Art des Tetrafluoräthylens u. a. Verwendung finden. Die Membran kann flach und gegebenenfalls aus einer Platte ausgestanzt sein ; ihre Form ist somit einfach und daher wirtschaftlich in der Herstellung. Auf Grund der geometrisch einfachen Schalenform der Membran kann man für dieselbe ein vollständiges oder fast vollständiges Widerlager vorsehen und der ganze Hahn kann aus geeignetem Kunststoff gebaut werden, mit'Ausschluss jener Teile, die zur Erzielung erforderlicher Festigkeit aus Metall bestehen müssen.
Schliesslich sichert die Gestaltung mit schräggestellten Erzeugenden der die Membran einspannenden Teile eine wirksame Einspannung derselben, womit es möglich wird, den Hahnkopf im Bedarfsfall ohne Schraubenschlüssel fest-bzw. loszuschrauben, wodurch ein Ersetzen der Membran erleichtert wird. Aus den bisherigen Ausführungen geht klar hervor, dass sich sämtliche Nachteile der bekannten Membranhähne durch Anwendung der vorliegenden Erfindung vermeiden lassen, wodurch ein Flüssigkeitshahn verwirklicht wird, der in verschiedenen Bauausführungen für die Verwendung auf sehr weiten Gebieten in Frage kommt, wirtschaftlich in der Herstellung ist und darüber hinaus noch weitere Vorteile bietet.
Unter den vielen Formen, nach welchen mindestens einer der Umfangsborde im Rahmen des Erfindungsgedankens gestaltet werden kann, können sie insbesondere kegelige, kugelige, wulstige od. ähnl.
Flächen aufweisen.
Lediglich um die Erfindung leichter verständlich zu machen und ohne irgendwelche Einschränkung derselben, werden einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu bekannten Membranentypen in den beigefügten Zeichnungen geschildert. Es zeigen : Fig. 1 und 2 zwei bekannte Membranentypen, u. zw. flach bzw. balgförmig, Fig. 3 und 4 eine erfindungsgemäss eingebaute Membran,
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sigkeitshahnes, Fig. 6 - 8 abgeänderte Formen der Membran, die der erfindungsgemässen Ausführung entsprechen.
Bei den bekannten flachen Membranen (Fig. 1) ist eine die Membran 1 bildende ebene Scheibe am Umfangsrad zwischen einem oberen Teil 3 und einem unteren Teil 4 mit ebenen Flächen festgehalten und ist in kurzem Abstand vom Dichtungssitz 5 angeordnet. Um das Ventil abzusperren, muss natürlich die Membran 1 die gestrichelt gezeichnete Form annehmen und sich entsprechend dehnen.
Bei den bekannten Balgmembran-Ventilen (Fig. 2) ist die Membran 2 praktisch genau wie im ersten Fall eingebaut, nur dass sie dank der Balgform keiner Dehnung unterliegt ; andere, durch die komplizierte Form der Membran bedingte Nachteile machen sich hier jedoch bemerkbar.
Beim erfindungsgemässen Ventil ist die Membran 6 (Fig. 3) an ihrem Rand zwischen einem oberen Teil 7 und einem unteren Teil 8 befestigt, die statt ebener Oberflächen aufeinander gepasste Oberflächen mit schräg verlaufenden Erzeugenden aufweisen, die zu einem Kegel, einer Kugel oder einem andem geeigneten Rotationskörper gehören, so dass die zwischen ihnen befestigte Membran 6 ungefähr die Form einer Schale annimmt, mit der Hohlseite dem Dichtungssitz 5 zugekehrt, ohne dass hiebei stark gekrümmte Stellen entstehen.
Selbstverständlich kann die Membran 6 ursprünglich flach sein und erst die Schalenform annehmen, nachdem sie von den genannten Befestigungsteilen dazu gezwungen wird ; sie kann aber schon von Anfang an die Form einer Schale aufweisen, die sie nach der Befestigung beibehält, ohne dass sie nennenswerten Beanspruchungen unterzogen wird.
Für das Absperren wird die Schalenmembran (von Hand oder mit irgendwelchen mechanischen, elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Mitteln) gegen den Sitz gepresst, wobei ihre Wölbung verflacht oder sogar umgekehrt wird, bis die gewünschte Verringerung bzw. die völlige Absperrung aes Durchflusses erreicht ist. Schon in Offenstellung hat die Membran eine Schnittlänge, welche der Schnittlänge in Sperrstellung entspricht, so dass keine Ausdehnung des Materials beim Übergang von der Offenstellung in die Sperrstellung erforderlich ist und die Membran keinerlei nennenswerte
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Dehnungen bzw. Zusammendruckungen, sondern lediglich Biegungen mit leichten Wölbungen auszuhalten hat (Fig. 4).
Per Hahn nach Hg. 5 weist eine Membran 6 auf, die auf den kegellgen Rand 8 des Gehäuses 9 des
Hahnes gestützt ist, der mit dem Stutzen 10 verbunden ist und den Dichtungssitz 5 enthält, welcher mit dem Stutzen 11 kommuniziert, wobei jeder Stutzen sowohl für den Zufluss und der andere für den Abfluss des Betriebsmittels (Flüssigkeit oder Gas) dienen kann, dessen Durchflussmenge geregelt werden soll. Am
Gehäuseteil 9 ist ein Kopf 12 angeschraubt, dessen Fläche 7, die hohlkugelig ausgebildet ist, die Mem- bran ringsum gegen den Rand. presst und gleichzeitig ein Widerlager für sie bildet. Auf Grund des vor- her Gesagten, kann der Kopf 12 auf das Gehäuse 9 gegebenenfalls von Hand, also ohne Zuhilfenahme von Schlüsseln oder anderer Geräte, festgeschraubt werden.
In den Kopf 12 ist die Gewindespindel 13 des Knebels 14 eingeschraubt, die mit einem frei drehbaren, auf die Membran wirkenden Stössel 15 versehen ist. Die Wirkungsweise des Hahnes ist auf Grund dieser Beschreibung ohne weiteres verständ- lich.
Falls es nötig wäre, die Membran an ihrer gegen den Abdichtungssitz wirkenden Mittelstellezu verstärken, kann sie gemäss Fig. 6 als eine z. B. flache Scheibe 16 gebaut werden, in deren Mitte eine verstärkende Verdickung 17 vorgesehen ist. Ähnlich kann die flache Scheibe gemäss Fig. 7 mit einer angebauten Scheibe 19 verstärkt werden. Schliesslich kann nach Fig. 8 der verstärkende Teil 20 an der
Membran 18 auch erheblich hoch sein, falls es angebracht wäre, die Membran in grösserem Abstand von der Dichtungsstelle einzubauen.
Dank dem Umstand, dass die Membran schon in Offenstellung eine Schnittlänge hat, welche der Schnittlänge in Sperrstellung entspricht, wird die Membran lediglich auf Biegen; nicht aber auf Dehnen beansprucht. Sie muss daher zwar biegsam sein, aber sie braucht nicht unbedingt dehnbar zusein.
Sie kann also aus Gummi oder ähnlichem Werkstoff bestehen ; sie kann verstärkt sein mit einer oder ineh- reren Schichten Leinwand, Drahtgewebe od. ähnl., die in ihr. Masse einverleibt oder an ihrer Rückwand angeordnet oder sonstwie mit ihr verbunden sein können. Die Verstärkungsschichten bilden eine Unterlage, die es der Membran ermöglicht, auch höhere Drücke auszuhalten, auch wenn für sie die Stütze eines Widerlagers nicht vorgesehen ist. Ähnliche Wirkung lässt sich auch dadurch erzielen, dass man zwischen die kegeligen oder ähnlichen Flächen des Hahnes mindestens eine Schicht aus dem Dichtungsstoff, der die eigentliche Membran bildet, sowie eine oder mehrere Schichten aus Leinwand, Drahtgewebe od. ähnl. als Unterlage einlegt.
Um die Dichtwirkung an der Befestigungsstelle der Membran zu erhöhen und/oder um den Rand derselben fester zu halten, besonders bei hohem Druck, können die kegeligen od. ähnl. Befestigungsflächen mit ringförmigen Nuten oder Erhebungen bzw. mit ringförmigen Nuten oder Erhebungen bzw. mit Nuten an der einen Seite und passenden Erhebungen an der Gegenseite ausgebildet werden.
Zum gleichen Zweck und ausserdem aus Gründen der herstellerischen Zweckmässigkeit kann auch nur einer der Befestigungsborde mit schräg liegenden Erzeugenden, mit oder ohne ringförmige Nuten, ausgeführt werden, während der andere, dagegen wirkende flach, rund oder sonstwie ausgebildete Rand einen etwas kleineren Durchmesser hat, so dass die Membran auch in diesem Fall zwangsweise die Form einer Schale annimmt, jedoch die Befestigung längs einer kleineren Oberfläche und daher mit verstärktem Druck erfolgt.
Es ist klar, dass die Ausführungsformen bei der praktischen Verwirklichung dieser Erfindung gegenüber den hier lediglich als solche beschriebenen und abgebildeten Beispiele, im Geltungsbereich der Erfindung immer weitestgehend abgeändert werden können. Insbesondere gilt es als selbstverständlich, dass der Durchschnitt des Hahndurchflusses und daher auch seiner Membran auch eine andere als runde Form, also etwa oval, elliptisch od. dgl. haben kann, und dass dann die Gehäuseborde für die Befestigung der Membrane auch eine entsprechende ovale, elliptische od. ähnl. Form haben müssen.
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