DE10143887C1 - Membranventil - Google Patents

Abstract

Bei einem Membranventil mit einem über eine Steuermembran (11), eine Druckplatte (10) und einen Stößel (8) auf eine Ventilmembran (6) zur Verbindung oder Trennung wenigstens zweier Fluidkanäle (5) wirkenden elektropneumatischen Steuerventil (15), wobei Steuermembran (11), Druckplatte (10), Stößel (8) und Ventilmembran (6) in einem Ventilgehäuse (1) mit integriertem Druckluftspeicher (14) und einer Luftzufuhröffnung (17) angeordnet sind, weist erfindungsgemäß der Druckluftspeicher (14) einen an die Luftzufuhröffnung (17) derart angepassten Luftauslass (18) auf, der mit der Luftzufuhröffnung (17) eines ebensolchen Membranventils so verknüpfbar ist, dass die benachbarten Druckluftspeicher (17) zu einem gemeinsamen, durchgängigen Speicher verbindbar sind. Vorzugsweise ist das Ventilgehäuse (1) im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und die Druckplatte (10) hat eine im Wesentlichen rechteckige Druckfläche (19). DOLLAR A Mehrere Membranventile können zu einer Membranventilanordnung verknüpft werden, wobei die einzelnen Membranventile so verkettet sind, dass ihre Druckluftspeicher (14) zu einem durchgängigen Speicher verbunden sind (Fig. 3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Membranventile finden bei der Verteilungssteuerung von Fluiden, insbesondere von flüssigen Lebensmitteln und auch aggressiven Fluiden An­ wendung.

Aus der Praxis sind Membranventile bekannt, die zwei oder mehr Fluidkanäle voneinander trennen oder miteinander verbinden können, indem eine Ventil­ membran zur Trennung der Fluidkanäle auf deren Öffnung gepreßt bzw. zur Verbindung von deren Öffnung angehoben wird. Die Ventilmembran wird dabei von einem meist durch Federkraft vorbelasteten Stößel betätigt, der eine Druckplatte trägt, die an einer Steuermembran anliegt. Eine Hub- bzw. Senk­ bewegung der Steuermembran wird wiederum durch ein elektropneumatisches Steuerventil ausgelöst, das Druckluftzu- oder -abfuhr in sich beidseits der Steuermembran erstreckenden Druckkammern freigibt, so daß die anstehen­ den Drücke beidseits der Steuermembran je nach Schaltungszustand entwe­ der ein Kräftegleichgewicht oder ein Kräfteungleichgewicht ausbilden. Um ei­ nen Druckluftvorrat für mehrere Schaltungsaktionen zu haben, ist in dem Ge­ häuse des Membranventils ein Druckluftspeicher ausgebildet.

Mehrere der vorbekannten Membranventile können in Reihe oder parall ge­ schaltet werden, wobei jedes Membranventil seinen eigenen Druckluftspeicher hat.

Aus der EP 0 305 252 B1 ist eine Verknüpfung mehrere Ventile bekannt, wobei sich ein Druckmittelkanal durch sämtliche Ventile hindurch erstreckt. Die Venti­ le selbst haben aber keinen Druckluftspeicher.

Ferner zeigt die DE 15 50 323 OS eine Ventilbatterie mit einem sich durch sämtliche Ventile hindurch erstreckenden Transportkanal. Dieser dient aber dem Transport des über die Ventile zu steuernden Mediums und ist keine Druckluftzuführung.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, ein verbessertes Membranventil zu schaffen, das sich durch hohe Betriebssicherheit und variable Anwen­ dungsmöglichkeiten auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Membranventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Membranventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Während bei gattungsgemäßen vorbekannten Membranventilen die Druckluft den Druckluftspeicher nur über eine Durchbrechung in der Steuermembran und über das Steuerventil verlassen kann, ist bei dem erfindungsgemäßen Membranventil am Druckluftspeicher ein Luftauslaß vorgesehen, der an die Luftzufuhröffnung derart angepaßt ist, daß der Luftauslaß des Membranventils mit der Luftzuführöffnung eines ebenso gestalteten Membranventils verknüpfbar ist, wodurch die beiden Druckluftspeicher der so verknüpften Membranventile zu einem gemeinsamen, durchgängigen Speicher verbunden werden.

Ein solches Ventil kann mit geschlossenem Luftauslaß wie ein herkömmliches Ventil verwendet werden. Bei Verbindung mehrerer derartiger Ventile ergibt der erweiterte gemeinsame Druckluftspeicher enorme Sicherheitsvorteile, da durch den erweiterten Druckluftspeicher ein großer Puffer zur Verfügung steht, falls der Druckluftkompressor ausfallen sollte. Sämtliche derart miteinander verket­ teten Membranventile können insoweit bei Ausfall des Kompressors noch eine zeitlang arbeiten, da noch genügend Druckluft im Druckluftspeicher-Verbund vorrätig ist und für die Schaltung der elektropneumatischen Steuerventile nur sehr geringe Drücke benötigt werden. Die erfindungsgemäßen Membranventile sind daher in ihrer Anwendung sehr vielseitig und zeichnen sich durch eine hohe Betriebssicherheit aus.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden beschrieben wird; es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Mem­ branventils, teilweise geschnitten,

Fig. 2 die Druckplatte des Membranventils aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Membranventil aus Fig. 1 in Rich­ tung III-III,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand aus Fig. 3 in Richtung IV-IV,

Fig. 5 eine Verkettung von drei Membranventilen in einer Ansicht im wesentlichen entsprechend Fig. 3 und

Fig. 6 zwei Membranventile mit Befestigungseinrichtungen, um diese aneinander festzulegen.

Das in Fig. 1 dargestellte Membranventil hat ein Ventilgehäuse 1, das aus ei­ nem Gehäusekorpus 2, einem auf diesem aufgeschraubten Deckel 3 und ei­ nen untenseitig ebenfalls durch Schrauben verbundenen Sockel 4 besteht.

In dem Sockel 4 sind Fluidkanäle 5 ausgebildet, die durch eine Ventilmembran 6 am Ventilsitz 7 miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Die Ventilmembran 6 wird über einen Stößel 8, der durch eine Feder 9 vorgespannt ist, gegen den Ventilsitz gedrückt. An seiner Oberseite ist der Stößel 8 mit einer Druckplatte 10 verbunden, die gegen eine Steuermembran 11 anliegt. Beidseits der Steuermembran 11 befinden sich Druckkammern 12, 13, in denen der Druck aus einem Druckluftspeicher 14 ansteht. Auf dem Dec­ kel 3 des Gehäuses ist ein elektropneumatisches Steuerventil 15 angebracht, das über Steuerkanäle 16 mit den Druckkammern 12, 13, dem Druckluftspei­ cher 14 und der Außenumgebung verbunden ist. Über Öffnen bzw. Schließen der Steuerkanäle 16 kann einseitig der Steuermembran 11 eine Druckentla­ stung durch Verbindung mit der Außenumgebung erfolgen, was ein sich Anhe­ ben des Stößels 8 und eine Freigabe des Ventilsitzes 7 durch die Ventilmem­ bran 6 zur Folge hat.

Um mehrere Membranventile erfindungsgemäß miteinander verbinden zu kön­ nen, so daß deren Druckluftspeicher 14 einen gemeinsamen, durchgängigen Speicher ausbilden, hat der Druckluftspeicher 14 neben einer Luftzufuhröff­ nung 17 einen an diese angepaßten Luftauslaß 18 an der gegenüberliegenden Gehäuseseite. Dies ist insbesondere in Fig. 3 erkennbar, die einen Schnitt ent­ lang der Linie III-III durch den Gegenstand aus Fig. 1 darstellt. Die abgebilde­ ten Ventile sind jedoch als schematische Darstellungen anzusehen, so daß das Ventil in Fig. 1 und das Ventil in Fig. 3 sich nicht in jedem Detail vollständig entsprechen.

Zur Verdeutlichung der Fluidkanäle 5 und des Ventilsitzes 7 ist der Sockel 4 in Fig. 3 gegenüber dem Gehäusekorpus 2 um 90° gedreht dargestellt.

Das Ventilgehäuse 1 ist vorzugsweise im wesentlichen rechteckig ausgebildet, da so bei Verkettung mehrerer Membranventile diese platzsparend nächstmög­ lich aneinander angeordnet werden können und gleichzeitig möglichst viel Vo­ lumen als Druckluftspeicher 14 zur Verfügung steht. Dieser erstreckt sich da­ her vorteilhaft um den Stößel 8 herum und nutzt damit das gesamte verblei­ bende Raumvolumen des Membranventils (sh. insbesondere Fig. 4).

Um bei der bevorzugten rechteckigen Bauform des Membranventils mit ge­ ringstmöglichen Drücken arbeiten zu können und trotzdem eine größtmögliche Kraft zu übertragen, hat die Druckplatte 10, wie in Fig. 2 dargestellt, eine im wesentlichen rechteckige Druckfläche 19, die durch ihre besondere Formkon­ tur den im Membranventil zur Verfügung stehenden Platz bestmöglich ausnutzt und damit eine größtmögliche Aktionsfläche ausbildet.

Im Einzeleinsatz des Membranventils, d. h. ohne Verknüpfung mit anderen Membranventilen, muß der Luftauslaß 18 geschlossen sein. An die Luftzufuhr­ öffnung 17 wird dann die Druckluftversorgung für den Druckluftspeicher 14 an­ geschlossen. Die geschlossene Ausbildung des Luftauslasses 18 im Ur­ sprungszustand des Membranventils kann beispielsweise durch einen einge­ schraubten Dichtstopfen gewährleistet sein. Vorzugsweise ist jedoch der Luf­ tauslaß 18 im Ursprungszustand mit einer nicht abgebildeten dünnen Wan­ dung verschlossen, die bei Verbindung mit einem weiteren Membranventil durchstoßbar ist. Dabei ist es von der Handhabung her vorteilhaft, wenn die Luftzufuhröffnung 17 mit einem Stutzen 20 ausgebildet ist, der sich bei Verbin­ dung zweier Membranventile in den Luftauslaß 18 des benachbarten Druck­ luftspeichers 14 hinein erstreckt und dabei vorzugsweise direkt die den Luf­ tauslaß 18 ursprünglich verschließende dünne Wandung durchstößt. Um Druckluftleckagen zu vermeiden, ist an der Luftzufuhröffnung 17 und/oder dem Luftauslaß 18, bei der dargestellten Ausführungsform auf dem Stutzen 20, eine vorzugsweise elastische Dichtung 21 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt drei miteinander verkettete Membranventile, deren Druckluftspei­ cher 14 dabei zu einem durchgängigen Speicher verbunden sind. Dabei bleibt der Luftauslaß 18 des linken Membranventils geschlossen und zwischen der Luftzufuhröffnung 17 des rechten Ventils und einem daran angeschlossenen nicht dargestellten Druckluftkompressor ist ein Rückschlagventil eingebaut, so daß bei Ausfall des Kompressors das gesamte verbundene Speichervolumen für die Betätigung der Membranventile zur Verfügung steht.

Die Verknüpfung mehrerer Membranventile kann durch Montage auf einer ge­ meinsamen Schiene, Bügelverspannung oder dergleichen realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform, bei der jedes Membranventil auf einer Ventilgehäuseseite einen Haken 22 und auf der gegenüberliegenden Seite eine entsprechende Ausnehmung 23 aufweist. Zur Verbindung der Membranventile kann dann der Stutzen 20 des einen Ven­ tils in den Luftauslaß 18 des anderen Ventils bei zueinander in Richtung des Pfeiles 24 leicht verdrehter Anordnung eingesteckt werden. Durch anschlie­ ßendes Zurückschwenken des rechten/linken Membranventils in Richtung des Pfeiles 25 greift der Haken 22 in die Ausnehmung 23 ein und verbindet die beiden Ventile so miteinander. Da die Ventile nur mit geringen Drücken betrie­ ben werden, reicht oftmals die Spannung durch die zusammengedrückte ela­ stische Dichtung 21 aus, die Verbindung sicherzustellen. Es kann aber auch eine Arretierung oder dergleichen vorgesehen sein.

Vorzugsweise läßt sich das erfindungsgemäße Membranventil aus hochwerti­ gen Kunststoffen (z. B. PPS, PVDF, PTFE) fertigen. Für die Ventilmembran werden bevorzugt fluidbeständige Werkstoffe wie Kalrez, VMQ, FPM, EPDM vorgesehen oder die Ventilmembran wird mit einer PTFE-Folie kaschiert.

Die erfindungsgemäßen Ventile zeichnen sich dabei aufgrund ihrer Bauform durch einen geringen Totraum bei hohen Schließkräften durch den groß di­ mensionierten Membranantrieb aus. Sie sind unempfindlich gegen Verschmut­ zungen, sterilisierbar und haben eine geringe Wärmeableitung. Die bevorzugte Steck-/Schwenkmontage ermöglicht eine extrem schnelle und sichere Verbin­ dung von einzelnen Ventilen zu Ventilgruppen bzw. einer größeren Membran­ ventilanordnung.

Claims (10)

1. Membranventil mit einem über eine Steuermembran (11), eine Druck­ platte (10) und einen Stößel (8) auf eine Ventilmembran (6) zur Verbindung oder Trennung wenigstens zweier Fluidkanäle (5) wirkenden elektropneu­ matischen Steuerventil (15), wobei Steuermembran (11), Druckplatte (10), Stößel (8) und Ventilmembran (6) in einem Ventilgehäuse (1) mit integriertem Druckluftspeicher (14) und einer Luftzufuhröffnung (17) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftspeicher (14) einen an die Luftzu­ fuhröffnung (17) derart angepaßten Luftauslaß (18) aufweist, der mit der Luft­ zufuhröffnung (17) eines ebensolchen Membranventils so verknüpfbar ist, daß die benachbarten Druckluftspeicher (17) zu einem gemeinsamen, durchgängi­ gen Speicher verbindbar sind.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und sich der Druckluftspeicher (14) zumindest überwiegend um den Stößel (8) herum erstreckt.

3. Membranventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (10) eine im wesentlichen rechteckige Druckfläche (19) aufweist.

4. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftauslaß (18) im unverknüpften Ursprungszustand des Membranventils geschlossen und erst bei Verbindung mit dem Druckluft­ speicher (14) eines weiteren Membranventils zu öffnen ist.

5. Membranventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftauslaß (18) im Ursprungszustand eine dünne Wandung aufweist, die bei Verbindung mit einem weiteren Membranventil durchstoßbar ist.

6. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftzufuhröffnung (17) mit einem Stutzen (20) ausgebildet ist, der sich bei Verbindung zweier Membranventile in den Luftauslaß (18) des benachbarten Druckluftspeichers (14) hinein erstreckt.

7. Membranventil nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Luftauslaß (18) und Luftzufuhröffnung (17) derart ausgebildet sind, daß bei Verbindung zweier Membranventile der Stutzen (20) des einen Membran­ ventils die dünne Wandung des Luftauslasses (18) des anderen Membran­ ventils durchstößt.

8. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftzufuhröffnung (17) und/oder der Luftauslaß (18) eine elastische Dichtung (21) aufweist.

9. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) an der Seite der Luftzufuhröffnung (17) oder des Luftauslasses (18) einen Haken (22) und an der gegenüber­ liegenden Seite eine entsprechende Ausnehmung (23) aufweist, in die bei Verbindung zweier Membranventile der Haken (22) des benachbarten Ventils eingreift.

10. Membranventilanordnung mit einer Verknüpfung mehrerer Membran­ ventile, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Membranventile nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet und so verkettet sind, daß ihre Druckluftspeicher (14) zu einem durchgängigen Speicher verbunden sind.