Die Erfindung betrifft ein zum Absperren eines strömenden Mediums, einer Flüssigkeit oder eines Gases geeignetes Membranventil.
Die Erfindung kann ihre Anwendung in verschiedenen Industriezweigen finden, insbesondere aber bei Flüssigkeitssystemen, bei welchen der Einsatz von magnetischen Ventilen grosser Nennweite erforderlich ist, die ohne hydraulische Schläge arbeiten.
Es ist ein Membranventil bekannt, das ein Gehäuse mit einer durch eine Trennwand in einen Eintritts- und Austrittsteil unterteilten Raum und eine Durchgangsöffnung enthält, wobei die Durchgangsöffnung durch einen Ventilteller abgesperrt wird, der mit einem Membranträger und einer unterhalb dieses Trägers befindlichen elastischen Membran verbunden ist, welche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventildeckel eingespannt ist.
Diese Ventile besitzen einen Elektromagnetantrieb und werden weitgehend bei der Steuerung der Ströme von flüssigen und gasförmigen Medien verwendet. Durch die elastische Membran erfolgt die Einteilung des Eintrittsteiles des Ventils in einen Membranober- und Membranunterraum, welche Räume durch eine Überströmbohrung des Ventiltellers miteinander in Verbindung stehen. Im Ventildeckel ist eine Ausgleichsöffnung vorgesehen, die durch den Anker des Elek tromagnetantriebes gesperrt wird.
Dies sind die sogenannten nicht gebundenen Konstruktionen, in welchen der Stellmechanismus, d. h. der Elektromagnetantrieb, den Ventilteller, der die Durchgangsöffnung abschliesst, nicht direkt steuert.
Bei der Ventilöffnung, d. h. bei der Aufwärtsbewegung des Ventiltellers zusammen mit der Membran und dem Träger infolge des Druckunterschiedes in dem Eintritts- und dem Austrittsteil gelangt das Medium rasch in den Austrittshohlraum niedrigen Drucks, wodurch bei erhöhter Geschwindigkeit und Durchlaufmenge des Mediums ein hydraulischer Schlag entsteht, was insbesondere bei grossem Volumen der Hohlräume in Ventilen mit beträchtlicher Nennweite der Fall ist.
Die Aufhebung der Abhängigkeit der Geschwindigkeit und der Hubhöhe des Ventiltellers von der Durchlaufmenge des Mediums, seiner Geschwindigkeit und seines Druckes in der Rohrleitung vor und hinter dem Ventil durch Auswahl von Durchmessern der Überströmbohrung und der Ausgleich öffnung ist aus folgenden Gründen erschwert.
Die Kleinstdurchmesser der Überström- und Ausgleichöffnung sind durch fertigungstechnische Schwierigkeiten bei der Bohrung von Öffnungen geringer Durchmesser und grosser Länge schwer realisierbar. Der Kleinstdurchmesser dieser Öffnungen schwankt praktisch im Bereich von 0,8 bis 1 mm. Darüber hinaus ist die Durchmessergrösse der Ausgleich öffnung durch die Zugkraft des Elektromagnets begrenzt.
Praktisch liegt der Durchmesser der Ausgleichöffnung im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm.
Bei grösseren Durchmessern der Ausgleichöffnung ist die Anwendung des Elektromagnetantriebes bei einem Mediumdruck von 5 bis 6 kplcm2 aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmässig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil zu schaffen, das unabhängig von der Durchlaufmenge des Mediums, seiner Geschwindigkeit und seines Druckes vor und hinter dem Ventil ohne hydraulische Schläge arbeitet.
Diese Aufgabe ist durch ein Membranventil gelöst, das ein Gehäuse mit einer durch eine Trennwand in einen Eintritts- und Austrittsteil unterteilten Raum und eine Durchgangsöffnung enthält, wobei die Durchgangsöffnung durch einen Ventilteller abgesperrt wird, der mit einem Membranträger und einer unterhalb dieses Trägers befindlichen elastischen Membran verbunden ist, welche zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventildeckel eingespannt ist.
Erfindungsgemäss verläuft am Umfang des Membranträgers ein zur Trägerfläche senkrecht angeordneter Ringteil, der zusammen mit dem Ventildeckel und dem Gehäuse einen Spalt bildet, derart, dass der Widerstand des Mediumstroms für eine Dämpfung ausreicht, um die Bewegung des Ventiltellers mit dem Träger und der elastischen Membran zu verlangsamen.
Im Ventil dieser Bauart, wenn es geöffnet bzw. geschlossen wird, d. h. bei Bewegung des Ventiltellers mit der Membran und dem Träger nach oben oder nach unten, bedingt durch den Druckunterschied, wird die Flüssigkeit im durch den Ringteil des Trägers und den Ventildeckel gebildeten Spalt zum Teil gedämpft, wodurch ihre Bewegung beim Übergang aus dem Hohlraum von hohem Druck in den Hohlraum von niedrigem Druck verlangsamt und stabilisiert wird. Somit fehlen in dem erfindungsgemässen Ventil Bedingungen, bei welchen der Flüssigkeitsstrom momentan in den Austrittsraum gelangt, und wenn das Ventil geschlossen wird, stösst der Strom auf kein plötzliches Hindernis.
Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemässe Ventil zeigt.
Das vorgeschlagene Ventil enthält ein gegossenes Gehäuse 1 mit einer durch eine Trennwand in einen Eintrittsteil A und einen Austrittsteil B eingeteilten Raum. In der Trennwand ist eine Durchgangsöffnung 2 vorgesehen, welche durch einen Ventilteller 3 abgesperrt wird, der einen Tellerboden 4 mit Dichtring 5, eine Spindel 6 mit einem Gewinde an ihrer Aussenfläche und eine Zentrierung 7 enthält.
Längs der Achse des Ventiltellers 3 ist eine zylindrische Bohrung 8 vorgesehen, in welche eine Feder 9 eingebracht ist.
Auf die Spindel 6 des Ventiltellers 3 ist eine Filterscheibe 10 aufgesetzt, die zusammen mit dem Ventilteller 3 einen Spalt bildet, durch welchen in dem Flüssigkeitsstrom enthaltene Feststoffteilchen von zulässiger Grösse hindurchgehen können.
Ferner sind an der Spindel 6 des Ventiltellers 3 unter der Filterscheibe 10 eine ringförmige elastische Membran 11 und ein Membranträger 12 angebracht, indem die elastische Membran 11 durch den Träger 12 mittels einer Mutter 13 und eines Sicherungsbleches 14 gegen die Filterscheibe 10 gedrückt wird.
Mit ihrem Aussenrand ist die ringförmige elastische Membran 11 zwischen einem Ventildeckel 15 und dem Gehäuse 1 mittels Stiftschrauben 16 und Muttern 17 eingespannt. Der Innenrand der Membran 11 ist zwischen dem Träger 12 und der Filterscheibe 10 eingespannt.
Längs der Achse des Deckels 15 ist ein aus dem selben Stück hergestellter Stab 18 vorgesehen, der gegen die Feder 9 drückt.
Durch die elastische Membran 11 wird der Raum des Ventils in einen Membranoberraum C, der durch den Deckel 15, die Oberfläche des Trägers 12 und die Membran 11 begrenzt ist, und in einen Membranunterraum A, der durch die Membran 11, die Seitenfläche des Ventiltellers 3 und die Trennwand des Gehäuses 1 begrenzt ist, eingeteilt.
Oberhalb des Tellerbodens 4 des Ventiltellers 3 verläuft parallel zu diesem eine innerhalb der Spindel 6 vorgesehene Überströmbohrung 19, welche den Membranoberraum C mit dem Membranunterraum A verbindet.
Gemäss der Erfindung stellt der Membrankörper 12 eine flache Scheibe mit einem an seinem Umfang verlaufenden und zu seiner Fläche senkrecht angeordneten Ringteil 20 dar, dessen Höhe vom Durchmesser des Trägers 12 und der Länge seiner Verschiebung abhängig ist. Der Ringteil 20 bildet zusammen mit dem Gehäuse 1 und dem Deckel 15 einen Spalt, dessen Weite von 0,5 bis 4 mm schwankt. Die Verbindungsstelle des Ringteiles 20 mit dem Träger 12 ist abgerundet und die an der Membran anliegende Gesamtfläche des Trägers 12 ist fein bearbeitet, damit keine Beschädigung und kein vorzeitiger Verschleiss der Membran 11 stattfindet. Die Spaltweite richtet sich in jedem konkreten Fall nach dem Widerstand, der im Wege des Flüssigkeitsstromes vorhanden sein muss, um einen hydraulischen Schlag zu verhindern.
Am Ventildeckel 15 ist ein stopfbuchsenloser Elektromagnetantrieb vorgesehen, der ein hermetisch mit einer Stoppeinrichtung 22 verbundenes Trennrohr 21 enthält.
Innerhalb des Trennrohres 21 befindet sich ein frei verschiebbarer Anker 23, der gleichzeitig als Ausgleichschieber dient und eine Ausgleichöffnung 24 absperrt, die im Ventildeckel 15 vorgesehen ist.
Zwischen der Stoppeinrichtung 22 und dem Anker 23 befindet sich eine Feder 25, die zur Bewegung des Ankers 23 beim Ventilschluss beiträgt.
Die Ausgleichöffnung 24 des Ventildeckels 15 steht mit dem Austrittsraum B mittels eines Rohres 26 in Verbindung, welches gleichzeitig als Zentrierstift bei der Montage des Ventils dient.
Im Ventildeckel 15 ist ebenfalls eine Bohrung 27 vorgesehen, durch welche die Verbindung zwischen dem Membranoberraum und dem Hohlraum D erfolgt.
Auf dem Trennrohr 21 ist eine elektromagnetische Spule 28 aufgesetzt, deren Enden durch eine Stopfbuchsendurchfüh rung 29 herausgeführt und an eine Stromquelle (nicht veranschaulicht) angeschlossen sind.
Üblicherweise wird das Ventil an der Rohrleitung montiert und das Medium fliesst entsprechend dem Pfeil im Gehäuse 1 zum Ventilteller.
Die Wirkungsweise des Ventils ist die folgende.
Man montiert das Ventil an der Rohrleitung derart, dass ein Medium in den Eintrittsteil A entsprechend dem an dem Gehäuse 1 enthaltenen Pfeil, nämlich an den Ventilteller gelangt. Durch den ringförmigen Spalt zwischen der Filterscheibe 10 und dem Tellerboden 4 des Ventiltellers 3 sowie durch die Überströmbohrung 19 gelangt das Medium in den Membranoberraum C und dann durch die Bohrung 27 im Ventildeckel 15 in das Trennrohr 21 des Elektromagnetantriebes, indem es den Anker 23 bespült und ihn gegen die Ausgleichöffnung 24 im Ventildeckel 15 presst.
Da das Medium die Hohlräume C und D oberhalb des Ventiltellers 3 und des Ankers 23 ausgefüllt hat, gleicht sich der Druck darin dem Mediumdruck an. Im Hohlraum B sowie in der Ausgleichöffnung 24 fehlt das Medium, wodurch der Ventilteller 3 und der Anker 23 (Ausgleichschieber) gegen die Durchgangsöffnung 2 bzw. die Ausgleichöffnung 24 dichtgedrückt werden und somit ein völlig hermetischer Verschluss sichergestellt ist.
Die Kraft, die für den hermetischen Verschluss erforderlich ist, hängt von der Grösse des Druckunterschiedes in den Hohlräumen C und B von zur Abdichtung der Verschlüsse verwendeten Werkstoffen ab.
Wird der Wicklung der Spule 28 des Elektromagnetantriebes Strom zugeführt, kommt der Anker 23 in seine obere Endstellung, d h. er wird an die Stoppeinrichtung 22 gezogen, wodurch die Ausgleichöffnung 24 geöffnet wird.
Über die Ausgleichöffnung 24 und das Rohr 26 gelangt das Medium aus den Hohlräumen C und D in den Hohlraum B. Dabei fällt der Druck oberhalb der Membran 11, während er unterhalb der Membran 11 gleich dem Mediumdruck bleibt, d. h., ein Druckunterschied entsteht, der die Bewegung des Ventiltellers 3 zusammen mit dem Träger 12 und der Membrane 11 nach oben bis an den Ventildeckel 15 bewirkt, wodurch die Durchgangsöffnung 2 geöffnet wird.
Der Abfluss des Mediums aus den Hohlräumen C und D in den Hohlraum B erfolgt schneller als ein Zufluss aus dem Hohlraum A in die Hohlräume C und D, weil der Durchmesser der Ausgleichöffnung 24 den der Überströmbohrung 19 übersteigt.
Bei der Aufwärtsbewegung des Ventiltellers 3 mit dem Träger 12 und der Membran 11 wird die Flüssigkeit im durch den Ventildeckel 15 und den Bund 20 am Träger 12 gebildeten Spalt gedämpft, d. h. der Spalt bedingt einen zusäztlichen Widerstand gegen den Mediumstrom. Dadurch setzt sich die Geschwindigkeit des Mediumstromes herab und das Medium fliesst ruhig aus dem Hohlraum A hohen Drucks in den Hohlraum B niedrigen Drucks.
Beim ruhigen Überströmen der Flüssigkeit aus dem einen Hohlraum in den anderen entsteht kein Schlag.
Nach Abschaltung der Spule 28 senkt sich der Anker 23, sperrt die Ausgleichsöffnung 24 ab, wonach der Abfluss des Mediums aus dem Hohlraum C aufhört, während sich der Zufluss des Mediums in den Hohlraum C fortsetzt. Aus diesem Grunde sinken die elastische Membran 11 und der Ventiltel ler 3 nach unten und schliessen die Durchgangsöffnung 2.
Beim Schliessen des Ventils geschieht eine Verlangsamung des Flüssigkeitsstromes wegen des Widerstandes im Spalt, der durch den Ringteil 20 und das Gehäuse 1 mit seinem Deckel 15 gebildet ist, vor dem geschlossenen Ventiltel ler 3, wodurch ebenfalls ein hydraulischer Schlag verhütet wird.
Falls die Bewegung des Ankers 23 gegenüber der Stoppeinrichtung 22 sowie die Bewegung des Ventiltellers 3 gegen über dem Gehäuse 1 erschwert ist, so erteilen die jeweiligen Federn 25 und 9 eine für den Beginn der Bewegung erforderliche Kraft.
Das Membranventil der geschilderten Bauart ist betriebssicher und verhindert hydraulische Schläge in den Flüssigkeitssystemen.