Druckentlastetes Membranventil Bekanntlich werden Ventile für hohe Drücke mit Druckentlastung ausgeführt, um mit kleinen Betäti gungskräften auskommen zu können. Zu diesem Zweck wird bekanntlich bei Doppelsitzventilen der Durchgangsquerschnitt in zwei sich kräftemässig aus gleichende Teilquerschnitte unterteilt. Derartige Ven tile haben jedoch den Nachteil, dass bereits geringe, nicht vermeidbare Massdifferenzen zwischen dem Ventilsitzabstand und dem Ventiltellerabstand die Entlastung unwirksam machen und eine empfindliche Störung des angestrebten Gleichgewichtes hervorrufen, und zwar auch dann, wenn elastische Dichtungsele mente solche Massdifferenzen auffangen.
Des weiteren ist es bekannt, die Ventilstangen als Entlastungskolben auszubilden oder mit solchen zu versehen. Derartige Ventile müssen jedoch auf beiden Kolbenseiten entsprechend abgedichtet sein. Dadurch entsteht eine hohe Haftreibung, insbesondere nach längeren Stillstandzeiten. Bei gasförmigen Druck medien muss ein entsprechender Dichtungsdruck vor handen sein. Die Haftreibung ist ausserdem abhängig von dem Differenzdruck auf beiden Seiten der Dich tungselemente.
Bei Membranventilen lässt sich das Entlastungs prinzip nicht ohne weiteres durchführen. Solche Ventile besitzen im allgemeinen eine relativ kleine Nennweite, so dass eine Entlastungsmembrane not wendigerweise mit relativ kleinem Durchmesser ein gespannt werden muss. Durch die erforderlichen Hubbewegungen werden dann aber so hohe Verfor mungen notwendig, dass die aufzuwendenden Kräfte zu hoch werden und eine Überbeanspruchung der Membrane auftritt, die über kurz oder lang zu deren Zerstörung führt.
Der Durchbiegewiderstand der Membrane steigt ausserdem mit wachsendem Hub sehr rasch an, so dass die Entlastung nicht mehr stimmt. Der -Gegenstand der Erfindung bezieht sich nun auf ein druckentlastetes Membranventil, das im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen mit zwei Entlastungsmembranen versehen ist, die eine funk tionelle Einheit bilden.
Sie sind so angeordnet, dass die wirksame Fläche der einen Entlastungsmembrane um die Querschnittsfläche der Ventilöffnung grösser ist als die wirksame Fläche der anderen Entlastungsmembrane und dass die Aussendurchmesser der beiden Ent lastungsmembranen unabhängig von der Querschnitts- fläche der Ventilöffnung bemessen sind. Des weiteren heben sich die Drücke auf die Entlastungsmembranen gegenseitig so auf, dass nur ihre der Querschnittsfläche der Ventilöffnung entsprechende Differenzfläche zur Entlastung des Ventilverschlusses benötigt wird.
Dies alles bedeutet, dass die Entlastungsmem branen nach rein konstruktiven Gesichtspunkten bemessen werden können, denn ihre Einspanndurch- messer sind weder von dem Ventilquerschnitt noch von der sonstigen Ausführung des Ventils noch von dem Mediumdruck abhängig. Sie können also so gross gewählt werden, dass ihre Beanspruchung in den zu lässigen Grenzen bleibt. Hohe Verformungen durch die Hubbewegungen treten somit nicht mehr auf, und eine Überbeanspruchung der Membranen wird ver mieden.
Auch der Durchbiegewiderstand der Mein- branen lässt sich dadurch konstant halten, so dass eine vollkommene Entlastung erhalten wird, die dauernd aufrechterhalten bleibt. Ausserdem lässt sich dadurch die Lebensdauer des Membranventils nach der Erfindung wesentlich erhöhen.
Die funktionelle Einheit der beiden Entlastungs- meinbranen wird bei einer bevorzugten Ausführung konstruktiv dadurch erreicht, dass sie parallel zu einander angeordnet und einander räumlich benach bart sind, wobei die einander zugekehrten Seiten der beiden Entlastungsmembranen zwischen sich einen Entlastungsraum einschliessen. Dieser ist über einen Verbindungskanal mit dem Ventilauslassraum ver bunden.
Die einander abgekehrten Seiten der beiden Entlastungsinembranen stehen dagegen mit dem Ventileinlassraum in Verbindung, und zwar bezüglich der einen Entlastungsmembrane unmittelbar und bezüglich der anderen Entlastungsmembrane mittelbar über einen entsprechend angeordneten Verbindungs kanal. Die auf die Entlastungsmembranen einwirken den Drücke heben sich somit gegenseitig bis auf den der Differenzfläche und damit der Ventilöffnung ent sprechenden Druck auf.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt.
An Stelle des abgebildeten direkt wirkenden Ventils kann selbstverständlich auch eine indirekt wirkende Bauart gewählt werden. Ferner ist es gleich gültig, ob es sich um Durchgangsventile oder Zwei wege- oder Mehrwegeventile handelt. Ebenso können auch Servoventile nach dem gleichen Prinzip gebaut werden. Der Gegenstand der Erfindung ist ferner von der Antriebsart des Ventils unabhängig. Die Bauart des Ventils kann also eine ganz beliebige sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Ventil gehäuse<B>1</B> von dem Abschlusskörper 2 nach aussen verschlossen, der mittels einer Befestigungsscheibe<B>3</B> oder auf beliebige andere Weise mit dem Ventil gehäuse verbunden ist. Ausserdem ist eine Führungs hülse 4 vorgesehen, in welcher der Führungskörper<B>5</B> geführt ist, der ein Plunger oder ein Magnetanker sein kann. Der Führungskörper<B>5</B> wird von der Ventil stange<B>6</B> durchsetzt oder besteht mit dieser aus einem Stück. Die letztere trägt den Ventilteller<B>7,</B> der die Ventilöffnung<B>8</B> verschliesst und öffnet.
In üblicher Weise weist ferner das Ventil den Einlass <B>13</B> mit dem Einlassraum 14 sowie den Auslass <B>15</B> mit dem Auslass- raum <B>16</B> auf.
Erfindungsgemäss sind nun in dem Abschluss- körper 2 zwei Entlastungsmembranen eingebaut und mit ihren äusseren Umfangsrändern darin eingespannt, nämlich die innere Entlastungsinembrane <B>9</B> und die äussere Entlastungsmembrane<B>10,</B> die beide von der Ventilstange<B>6</B> durchsetzt und daran befestigt sind. Beide Membranen<B>9</B> und<B>10</B> liegen parallel zueinander und sind räumlich einander benachbart, so dass zwischen ihnen ein Entlastungsraum<B>18</B> entsteht.
Über der Entlastungsinembrane <B>10</B> befindet sich der Ausgleichsraum<B>17,</B> der mittels eines Verbindungs- kanales <B>11</B> in dem Abschlusskörper 2 mit dem Einlass- raum 14 verbunden ist. Ferner ist der Entlastungsraum <B>18</B> durch einen Verbindungskanal 12 in der Ventil stange<B>6</B> mit dem Auslassraum <B>16</B> verbunden, welcher Kanal im übrigen auch in dem Abschlusskörper 2 untergebracht sein kann.
Beide Membranen<B>9</B> und<B>10</B> stehen somit auf ihren einen Seiten mit dem Einlass- raum 14 und auf ihren anderen Seiten mit dem Aus- lassraum <B>16</B> in Verbindung. Die innere Entlastungs membrane<B>9</B> begrenzt dabei den Einlassraum 14 oder auch den Auslassraum <B>16,</B> wenn, was ohne weiteres möglich ist, die Verbindungskanäle<B>11</B> und 12 in sinngemässer Weise miteinander vertauscht werden.
Die innere Entlastungsmembrane<B>9</B> besitzt einen grösseren Einspanndurchmesser als die äussere Ent lastungsmembrane<B>10.</B> Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die wirksame Einspannfläche F, der Entlastungsmembrane<B>9</B> um die Querschnittsfläche F, der Ventilöffnung<B>8</B> grösser ist als die Einspannfläche F, der Entlastungsmembrane<B>10.</B>
Die sich hieraus ergebende Bedingung nach der Formel F,=F,+F, <I>oder</I> Fl=F,-F, lässt sich leicht einhalten, so dass eine vollkommene Entlastung oder im Bedarfsfälle auch eine genau bestimmbare teilweise Entlastung eintritt, die unabhängig ist von dem Druck des Mediums, von der sonstigen Bauart des Ventils und von dessen Antrieb. Die genannte Formel zeigt ausserdem, dass die Aussendurchmesser der beiden Ent lastungsmembranen<B>9</B> und<B>10</B> unabhängig von der Ventilöffnung<B>8</B> nach den günstigsten Herstellungs bedingungen gewählt werden können, wobei sie sich lediglich nur durch die Grösse F, voneinander unter scheiden.
Bei geschlossenem Ventil liegt der Druck des flüssigen oder gasförmigen Mediums von unten auf der Fläche F, und über den Verbindungskanal<B>11</B> von oben auf der Fläche F3. Da die Hülse 4 in üblicher Weise an ihrem oberen, nicht gezeichneten Ende nach aussen verschlossen ist, kann sich der Druck von oben auf die Fläche F, nur entsprechend der Differenzfläche der Membranen, also entsprechend der Formel F,<B><I>=</I></B><I> F,<B>-</B></I> F3 auswirken.
Sollte von dem Auslass <B>15</B> her ein Gegen druck auftreten, wirkt dieser von unten auf die Fläche F, und über den Verbindungskanal 12 von unten auf die Fläche F., sowie von oben auf die Fläche <I>F,</I> In bezug auf die Membranen<B>9</B> und<B>10</B> heben sich also die Drücke auf die Flächen F, und F, auf.
Bei geöffnetem Ventil wirkt der sich einstellende Druck auf beide Membranen<B>9</B> und<B>10</B> gleichzeitig auf beide Seiten derselben, so dass sich die gleiche Diffe renzwirkung nach der genannten Formel ergibt. Dies bedeutet, dass in jedem einzelnen Falle, also in jeder Betriebsstellung des Ventils nach der Erfindung eine vollkommene Druckentlastung unabhängig von dem Druck des Mediums und von einem etwa auftretenden Gegendruck vorhanden ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, dass die Membranen<B>9</B> und<B>10,</B> der Abschlusskörper 2, der Ventilteller<B>7,</B> die Ventilstange<B>6</B> und die Betätigungsorgane des Ventils in eine geschlossene konstruktive Einheit zusammen- gefasst sind, die jederzeit ein- oder ausgebaut werden kann, ohne das Ventilgehäuse<B>1</B> und die Ventil anschlüsse lösen zu müssen.
Alle beweglichen Teile sind somit im Innern des Ventils untergebracht. Die Montage des Ventils lässt sich schnell und leicht durchführen. Das Ventilgehäuse selbst weist die üblichen Abmessungen auf. Eine Sonderausführung ist daher nicht erforderlich, und der Platzbedarf wird nicht grösser. Sollte eine der beiden Membranen undicht werden, kann das Druckmedium nicht nach aussen entweichen, denn das Ventil ist nach aussen vollkommen abgeschlossen.
Pressure-relieved diaphragm valve As is well known, valves for high pressures are designed with pressure relief in order to be able to get by with small actuation forces. For this purpose, as is known, in the case of double seat valves, the passage cross-section is divided into two partial cross-sections that are equal in terms of force. However, such valves have the disadvantage that even small, unavoidable differences in dimensions between the valve seat spacing and the valve disk spacing render the relief ineffective and cause a sensitive disruption of the desired balance, even if elastic sealing elements absorb such differences in size.
It is also known to design the valve rods as relief pistons or to provide them with such. However, such valves must be appropriately sealed on both sides of the piston. This creates a high level of static friction, especially after long periods of inactivity. In the case of gaseous pressure media, a corresponding sealing pressure must be available. The static friction is also dependent on the differential pressure on both sides of the sealing elements.
In the case of diaphragm valves, the relief principle cannot easily be implemented. Such valves generally have a relatively small nominal diameter, so that a relief membrane must not be manoeuvrable with a relatively small diameter. Due to the necessary stroke movements, however, such high deformations are necessary that the forces to be applied become too high and the membrane is overloaded, which sooner or later leads to its destruction.
The deflection resistance of the diaphragm also increases very quickly with increasing stroke, so that the relief is no longer correct. The object of the invention now relates to a pressure-relieved diaphragm valve which, in contrast to the known designs, is provided with two relief diaphragms that form a func tional unit.
They are arranged so that the effective area of one relief diaphragm by the cross-sectional area of the valve opening is larger than the effective area of the other relief diaphragm and that the outer diameter of the two relief diaphragms is dimensioned independently of the cross-sectional area of the valve opening. Furthermore, the pressures on the relief membranes cancel each other out so that only their differential area corresponding to the cross-sectional area of the valve opening is required to relieve the valve closure.
All of this means that the relief diaphragms can be dimensioned according to purely structural aspects, because their clamping diameters are neither dependent on the valve cross-section nor on the other design of the valve nor on the medium pressure. They can therefore be chosen so large that their stress remains within the permissible limits. High deformations caused by the stroke movements no longer occur and overstressing of the membranes is avoided.
The resistance to sagging of the Meinbren can also be kept constant in this way, so that a complete relief is obtained that is permanently maintained. In addition, the service life of the diaphragm valve according to the invention can thereby be increased significantly.
In a preferred embodiment, the functional unity of the two relief membranes is structurally achieved in that they are arranged parallel to one another and spatially adjacent to one another, the facing sides of the two relief membranes enclosing a relief space between them. This is connected to the valve outlet space via a connecting channel.
The opposite sides of the two relief membranes, however, are connected to the valve inlet chamber, directly with respect to one relief membrane and indirectly with respect to the other relief membrane via a correspondingly arranged connection channel. The pressures acting on the relief diaphragms thus cancel each other out except for the pressure corresponding to the differential area and thus the valve opening.
In the drawing, an exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in section.
Instead of the direct-acting valve shown, an indirectly-acting design can of course also be selected. Furthermore, it is irrelevant whether it is a straight-way valve or a two-way or multi-way valve. Servo valves can also be built according to the same principle. The subject matter of the invention is also independent of the type of drive of the valve. The design of the valve can therefore be any.
In the embodiment, the valve housing <B> 1 </B> is closed to the outside by the closing body 2, which is connected to the valve housing by means of a fastening disk <B> 3 </B> or in any other way. In addition, a guide sleeve 4 is provided, in which the guide body <B> 5 </B> is guided, which can be a plunger or a magnet armature. The guide body <B> 5 </B> is penetrated by the valve rod <B> 6 </B> or consists of one piece with it. The latter carries the valve disk <B> 7 </B> which closes and opens the valve opening <B> 8 </B>.
In the usual way, the valve also has the inlet 13 with the inlet space 14 and the outlet 15 with the outlet space 16.
According to the invention, two relief membranes are now installed in the closing body 2 and clamped in with their outer peripheral edges, namely the inner relief membrane <B> 9 </B> and the outer relief membrane <B> 10, both of the valve rod <B> 6 </B> are interspersed and attached to it. Both membranes <B> 9 </B> and <B> 10 </B> are parallel to one another and are spatially adjacent to one another, so that a relief space <B> 18 </B> is created between them.
The compensation space 17, which is connected to the inlet space 14 by means of a connecting channel 11 in the closing body 2, is located above the relief membrane <B> 10 </B> . Furthermore, the relief space <B> 18 </B> is connected to the outlet space <B> 16 </B> by a connecting channel 12 in the valve rod <B> 6 </B>, which channel is also in the closing body 2 can be accommodated.
Both membranes <B> 9 </B> and <B> 10 </B> are therefore on their one side with the inlet space 14 and on their other sides with the outlet space <B> 16 </B> Connection. The inner relief membrane <B> 9 </B> delimits the inlet space 14 or also the outlet space <B> 16, </B> if, which is easily possible, the connection channels <B> 11 </B> and 12 be swapped with each other in a corresponding manner.
The inner relief membrane <B> 9 </B> has a larger clamping diameter than the outer relief membrane <B> 10. </B> The arrangement is such that the effective clamping surface F, the relief membrane <B> 9 </ B> is larger by the cross-sectional area F, of the valve opening <B> 8 </B> than the clamping area F, of the relief membrane <B> 10. </B>
The condition resulting from this according to the formula F, = F, + F, <I> or </I> Fl = F, -F, can easily be adhered to, so that a complete relief or, if necessary, a precisely determinable partial relief occurs, which is independent of the pressure of the medium, the other design of the valve and its drive. The formula also shows that the outer diameter of the two relief membranes <B> 9 </B> and <B> 10 </B> can be selected according to the most favorable manufacturing conditions regardless of the valve opening <B> 8 </B> , whereby they differ from each other only by the size F.
When the valve is closed, the pressure of the liquid or gaseous medium is from below on surface F, and via the connecting channel 11 from above on surface F3. Since the sleeve 4 is closed to the outside in the usual way at its upper, not shown end, the pressure from above on the area F can only be increased according to the difference area of the membranes, i.e. according to the formula F, <B> <I> = </I></B> <I> F, <B> - </B> </I> F3.
Should a counterpressure occur from the outlet <B> 15 </B>, this acts from below on the surface F, and via the connecting channel 12 from below on the surface F, and from above on the surface <I> F , </I> With respect to the membranes <B> 9 </B> and <B> 10 </B>, the pressures on the surfaces F and F are canceled out.
When the valve is open, the resulting pressure acts on both membranes <B> 9 </B> and <B> 10 </B> simultaneously on both sides of the same, so that the same differential effect results according to the formula mentioned. This means that in each individual case, that is to say in each operating position of the valve according to the invention, there is complete pressure relief regardless of the pressure of the medium and any counterpressure that may occur.
Another essential advantage of the subject matter of the invention is that the membranes <B> 9 </B> and <B> 10, </B> the closing body 2, the valve disk <B> 7, </B> the valve rod < B> 6 </B> and the actuating elements of the valve are combined in a closed structural unit that can be installed or removed at any time without having to loosen the valve housing <B> 1 </B> and the valve connections.
All moving parts are thus housed inside the valve. The assembly of the valve can be carried out quickly and easily. The valve housing itself has the usual dimensions. A special design is therefore not necessary and the space requirement does not increase. If one of the two membranes should leak, the pressure medium cannot escape to the outside, because the valve is completely closed from the outside.