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Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einem Einlauf und einem Auslauf, die über einen mittels einer Membrane schließbaren Ventilsitz strömungsverbunden sind.
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Membranventile dieser Art werden in vielen Bereichen der Technik, beispielsweise in sanitären Einrichtungen, in Getränkeautomaten oder ähnlichen Geräten zur Steuerung von Fluidströmen, beispielsweise Wasser, verwendet.
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Beim Schließen bzw. Öffnen des Membranventils können aufgrund der sich abrupt ändernden Strömungs- und Druckverhältnisse auf den beiden Seiten der Membrane vorübergehend vibrationsartige Geräusche auftreten, die von den Benutzern der entsprechenden Vorrichtungen als störend empfunden werden.
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Vor alter in der Schließphase kann es beim Anlegen der Membrane an den Ventilsitz zu einem Abriss der hinter dem Ventilsitz austretenden Strömung kommen, wodurch sich starke Turbulenzen wie auch Vibrationen einstellen können, die zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen können. Im ungünstigsten Fall werden diese Geräusche durch Körperschallübertragung auch auf vorgeschaltete bzw. nachgeschaltete Installationen übertragen.
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Zur Vermeidung derartiger Geräusche ist es aus der
EP 0 999 392 A2 bekannt, ein kompressibles Dämpfungselement vorzusehen, durch welches die sich beim Öffnen bzw. Schließen des Ventilsitzes ergebenden Druckdifferenzen ausgeglichen werden sollen. Das Vorsehen derartiger Zusatzelemente hat sich hinsichtlich der Geräuschentwicklung beim Öffnen bzw. Schließen der Ventile zwar durchaus bewährt, bringt jedoch einen erhöhten Montage- und damit letztlich Kostenaufwand mit sich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Membranventil anzugeben, bei welchem störende Geräusche beim Öffnungs- bzw. Schließvorgang auf einfache Weise verringert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Membranventil der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Membrane auf ihrer dem Ventilsitz zugewandten Seite ein bewegbares Dichtelement aufweist.
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Durch das gegenüber der Membrane bewegbar angeordnete Dichtelement können Druckdifferenzen auf einfache Weise ausgeglichen und damit störende Geräuschentwicklungen unterbunden werden. Es ist nicht erforderlich, bei der Montage des Ventils zusätzliche Dämpfungselemente einzusetzen. Auch die Gefahr von Strömungsabrissen wird reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement als einstückiger Bestandteil der Membrane ausgebildet ist, wodurch sich die Gesamtteilezahl des Ventils reduziert.
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Von konstruktivem Vorteil ist es, wenn das Dichtelement gemäß einer weiteren Ausführung einen zungenförmigen Querschnitt aufweist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement eine ringförmige Geometrie aufweist. Die ringförmige Geometrie des Dichtelements kann insbesondere korrespondierend mit einer ringförmigen Geometrie des Ventilsitzes gestaltet sein.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement gegenüber einem Mittelbereich der Membrane schwenkbeweglich angeordnet ist. Der Mittelbereich der Membrane kann als Ganzes gegenüber dem Ventilsitz bewegt werden, wobei das Dichtelement gegenüber dem Mittelbereich beweglich, insbesondere schwenkbeweglich angeordnet ist. Der Außenbereich der Membrane kann gehäusefest in dem Ventil angeordnet und über einen Rollbereich mit dem bewegbaren Mittelbereich verbunden sein.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Dichtelement eine Wand eines membranseitigen Ausgleichsraums bildet. Das Ausgleichsraum kann in der Offenstellung des Ventils mit Fluid gefüllt sein und beim Schließen des Ventilsitzes entsprechend entleert werden, wodurch sich ein gedämpftes Strömungsverhalten im Bereich des Auslaufs ergibt.
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Vorteilhaft ist das Ausgleichsraum mit dem Auslauf strömungsverbindbar. Zu einem geeigneten Zeitpunkt des Schließvorgangs kann die Strömungsverbindung zwischen dem Ausgleichsraum und dem Auslauf hergestellt werden, so dass der Ausgleichsraum sich in Richtung des Auslaufs entleeren kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Volumen des Ausgleichsraums in Abhängigkeit von den Bewegungen des Dichtelements veränderbar ist. Entsprechend der Volumenänderung des Ausgleichsraums kann dieser Fluid abgeben oder aufnehmen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement federelastisch ausgebildet ist, wodurch sich Vibrationen ebenfalls abdämpfen und Geräusche unterdrücken lassen. Das Dichtelement bildet eine zwischen dem Ventilsitz und der Membrane wirkende Feder, insbesondere Druckfeder, die vorübergehende Druckschwankungen auszugleichen vermag.
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Schließlich wird vorgeschlagen, dass das Dichtelement derart ausgebildet ist, dass es sich beim Schließen des Ventilsitzes entgegen einer Federkraft an eine Dichtfläche des Ventilsitzes anlegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile eines erfindungsgemäßen Membranventils werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Darin zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines Membranventils in dessen Schließstellung,
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2 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 1 mit II bezeichneten Einzelheit,
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3 eine der Darstellung in 1 entsprechende Ansicht des Membranventils in dessen Offenstellung,
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4 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 3 mit IV bezeichneten Einzelheit,
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5 eine Schnittansicht der Membrane in einer der Offenstellung des Ventils entsprechenden Stellung,
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6 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 5 mit VI bezeichneten Einzelheit,
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7 eine Schnittansicht der Membrane in einer der Schließstellung des Ventils entsprechenden Stellung,
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8 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 7 mit VIII bezeichneten Einzelheit und
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9 eine weitere Ansicht der Membrane mit einem Kolben des Ventils.
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In 1 dargestellt ist in teilweiser Schnittdarstellung ein Membranventil 1. Bei dem Membranventil 1 handelt es sich um ein eigenmediumbetätigtes Servoventil, dessen Aufbau und Funktionsweise zunächst allgemein beschrieben werden, bevor dann auf Einzelheiten der Membrane 4 eingegangen werden wird.
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Das Membranventil 1 weist einen Einlauf 2 auf, der über einen ringzylindrischen Ventilsitz 5 mit einem Auslauf 3 strömungsverbunden ist. Der Einlauf 2 und der Auslauf 3 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei der Einlauf 2 mit einem Sieb 7 zum Zurückhalten von Verunreinigungen, Schmutzpartikeln usw. versehen ist.
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In 1 ist das Ventil 1 in der Schließstellung dargestellt, in welcher der Ventilsitz 5 über die Membrane 4 abgedichtet ist.
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Die Membrane 4 ist in ihrem Außenbereich 4.3 gegenüber dem Gehäuse 8 des Ventils 1 festgelegt und weist einen gemeinsam mit einem Ventilteller 9 gegenüber dem Ventilsitz 5 bewegbaren Mittelbereich 4.2 auf. Der mittlere Bereich 4.2 ist mit dem Außenbereich 4.3 über einen Rollbereich 4.4 verbunden, welcher eine Bewegung des Mittelabschnitts 4.2 der Membrane 4 entlang der Achse des Auslaufs 3 erlaubt.
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Der Mittelbereich 4.2 der Membrane 4 ist an einem gemeinsam mit dem Mittelbereich 4.2 bewegbaren Ventilteller 9 angeordnet. An dem Ventilteller 9 ist ein Kolben 10 vorgesehen, welcher die Membrane 4 in Richtung des Auslaufs 3 durchsetzt und beim Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Ventilteller 9 verbunden ist.
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In der in 1 dargestellten Schließstellung wird der Ventilteller 9 und mit diesem die Membrane 4 über den am Einlauf 2 anliegenden Druck dichtend auf den Ventilsitz 5 gehalten. Der am Einlauf 2 anliegende Druck wird über eine Steuerbohrung 12 in einen Gegendruckraum 11 übertragen, der auf der der Membrane 4 abgewandten Seite des Ventiltellers 9 liegt.
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Innerhalb der Steuerbohrung 12 ist ein Reinigungselement 13 vorgesehen, welches einen geringeren Durchmesser als die Steuerbohrung 12 aufweist und diese beim hin- und herbewegen des Ventiltellers 9 kontinuierlich reinigt.
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Zum Öffnen des Ventils 1 ist eine Druckentlastungsbohrung 14 vorgesehen. Diese wird in der Schließstellung über ein in den Figuren nicht im Einzelnen dargestelltes Schließmittel, beispielsweise einen magnetbetätigten Plunger, geschlossen gehalten. Wird nun die Druckentlastungsbohrung 14 geöffnet, so fällt der Druck innerhalb des Gegendruckraums 11 ab und das dort befindliche Fluid strömt über in den Figuren nicht dargestellte Ausnehmungen in Richtung des Auslaufs 3. Aufgrund dieses Druckabfalls in dem Gegendruckraum 11 hebt der Ventilteller 9 und mit diesem die Membrane 4 von dem Ventilsitz 5 ab, wodurch der Strömungsweg zwischen dem Einlauf 2 und dem Auslauf 3 freigegeben ist.
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Diese Offenstellung des Ventils 1 ist in den 3 und 4 dargestellt.
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Beim Öffnen und Schließen des Ventils 1 mittels der Membrane 4 kommt es innerhalb des Ventils 1 zu Druckdifferenzen und dynamischen Strömungsvorgängen, welche zu Vibrationen und unerwünschten Geräuschen führen können.
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Um diese Geräusche zu dämpfen ist an der Membrane 4 ein flexibles Dichtelement 4.1 vorgesehen, vgl. 2 und 4. Das Dichtelement 4.1 ist von ringförmiger Geometrie und weist einen zungenförmigen Querschnitt auf.
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Das Dichtelement 4.1 ist gegenüber dem Mittelbereich 4.2 der Membrane 4 beweglich angeordnet. Die Anordnung des Dichtelements 4.1 an der Membrane 4 ist derart gewählt, dass sich das Dichtelement 4.1 in der Offenstellung unter einem Winkel gegenüber dem Mittelabschnitt 4.2 erstreckt und sich beim Schließen des Ventils 1 unter Verringerung dieses Winkels in Richtung des Mittelabschnitts 4.2 bewegt.
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Wie ein Vergleich der 2 und 4 und insbesondere auch der 5 und 7 erkennen lässt, ist das Dichtelement 4.1 schwenkbar an dem mittleren Abschnitt 4.2 der Membrane 4 angeformt. Beim Schließen des Ventils 1 wird zunächst die Druckentlastungsbohrung 14 geschlossen und die Membrane 4 über den sich im Gegendruckraum 11 aufbauenden Druck in Richtung des Ventilsitzes 5 bewegt. Der Ventilsitz 5 weist eine beim Ausführungsbeispiel abgerundet ausgeführte Dichtfläche 5.1 auf, an welcher die Membrane 4 mit dem Dichtabschnitt 4.1 in Anlage gelangt. Durch eine weitere Bewegung der Membrane 4 in Richtung des Ventilsitzes 5 bewegt sich der Dichtabschnitt 4.1 von seiner abgewinkelten Stellung in eine in etwa parallele Stellung zu dem Mittelbereich 4.2.
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Der Dichtabschnitt 4.1 verläuft in der Offenstellung der Membrane 4 abgeschrägt gegenüber dem Mittelabschnitt 4.2 der Membrane 4, wodurch unterhalb des Dichtabschnitts 4.1 ein membranseitiger Ausgleichsraum 6 entsteht, welcher im geöffneten Zustand von dem Fluid gefüllt ist. Das Dichtelement 4.1 bildet eine Wand des Ausgleichsraums 6, wobei weitere Wände des Ausgleichsraums 6 von dem Mittelbereich 4.2 der Membrane 4 und der Umfangsfläche des Kolbens 10 gebildet werden, vgl. auch 9. Der Ausgleichsraum 6 bildet im geöffneten Zustand des Ventils 1 eine Art Stauraum, in welchem eine gewisse Fluidmenge bevorratet wird, während der vom Einlauf 2 zum Auslauf 3 strömende Fluidstrom auf der der Membrane 4 abgewandten Seite des Dichtabschnitts 4.1 verläuft.
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Beim Schließen des Ventils 1 gelangt der zunächst abgewinkelte Dichtabschnitt 4.1 mit der Dichtfläche 5.1 des Ventilsitzes 5 in Anlage, wodurch der Strömungsweg zwischen dem Einlauf 2 und dem Auslauf 3 versperrt und das zu diesem Zeitpunkt in dem Auslauf 3 strömende Fluid abrupt verzögert wird.
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Nachdem der Strömungsweg durch Anlage des Dichtelements 4.2 an dem Ventilsitz 5.1 unterbrochen wurde, wird die Membrane 4 weiter in Richtung des Ventilsitzes 5 bewegt. Das bereits an dem Ventilsitz 5 anliegende Dichtelement 4.1 bewegt sich in entgegen der Schließrichtung der Membrane 4 in Richtung des Mittelbereichs 4.2 der Membrane 4, wodurch sich das Volumen des Ausgleichsraums 6 reduziert. Durch die Volumenreduzierung wird die in dem Ausgleichsraum 6 bevorratete Fluidmenge in Richtung des Auslaufs 3 aus dem Ausgleichsraum 6 hinausgedrückt, wodurch sich eine Dämpfung der Strömungsverhältnisse beim Schließvorgang ergibt. Die Gefahr störender Geräusche wird deutlich reduziert.
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Beim Schließvorgang bewegt sich das Dichtelement 4.1 auf die Membrane 4 bzw. deren Mittelabschnitt 4.2 zu, wodurch sich das Volumen des Ausgleichsraums 6 verringert. Beim Öffnen bewegt sich das Dichtelement 4.1 von der Membrane 4 bzw. deren Mittelabschnitt 4.2 weg, wodurch das Volumen des Ausgleichsraums 6 vergrößert wird.
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Auch ist das Dichtelement 4.1 federnd ausgebildet, was die Gefahr einer störenden Geräuschentwicklung zusätzlich reduziert.
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Das Dichtelement 4.1 bildet eine Art Feder zwischen dem Mittelbereich 4.2 der Membrane 4 und dem Ventilsitz 5. Beim Schließen des Ventils 1 bewegt sich das Dichtelement 4.1 entgegen der Federkraft des als Druckfeder wirkenden Dichtelements 4.1 in Richtung des Mittelbereichs 4.2 der Membrane 4. Durch diese federelastische Anlage des Dichtelements 4.1 an dem Ventilsitz 5 können kurzzeitige Druckdifferenzen auf den beiden Membranseiten abgefedert werden, was die Gefahr störender Geräusche zusätzlich reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Einlauf
- 3
- Auslauf
- 4
- Membrane
- 4.1
- Dichtelement
- 4.2
- Mittelbereich
- 4.3
- Außenbereich
- 4.4
- Rollbereich
- 5
- Ventilsitz
- 5.1
- Dichtfläche
- 6
- Ausgleichsraum
- 7
- Sieb
- 8
- Gehäuse
- 9
- Ventilteller
- 10
- Kolben
- 11
- Gegendruckraum
- 12
- Steuerbohrung
- 13
- Reinigungselement
- 14
- Druckentlastungsbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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