DE102012005122A1

DE102012005122A1 - Membranventil

Info

Publication number: DE102012005122A1
Application number: DE201210005122
Authority: DE
Inventors: Andreas Bühler
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: DE102012005122B4

Abstract

Es wird ein Membranventil (1) vorgeschlagen, das über ein Ventilgehäuse (2) und ein diesbezüglich bewegliches Ventilglied (3) verfügt. Das Ventilglied (3) enthält einen schwenkbar gelagerten Membranträger (6), der eine Dichtmembran (8) trägt, die eine Ventilkammer (7) begrenzt, in der mindestens ein Ventilsitz (47) angeordnet ist. Die Dichtmembran (8) enthält mindestens einen durch den Membranträger (6) an den Ventilsitz (47) andrückbaren Dichtabschnitt (53a, 53b). Der Dichtabschnitt (53a, 53b) ist zumindest teilweise ein Bestandteil eines bezüglich des Membranträgers (6) lose angeordneten unfixierten Membranabschnittes (55), von dem der Membranträger (6) zur Verringerung der Dehnungsbeanspruchung der Dichtmembran (8) abheben kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranventil, mit einem Ventilgehäuse und einem diesbezüglich beweglichen Ventilglied, wobei das Ventilglied eine an ihrem äußeren Randbereich unter Abdichtung an dem Ventilgehäuse fixierte und gemeinsam mit dem Ventilgehäuse eine Ventilkammer begrenzende Dichtmembran und einen die Dichtmembran tragenden, nach Art einer wippe relativ zum Ventilgehäuse verschwenkbaren Membranträger aufweist, wobei in der Ventilkammer mindestens ein Ventilsitz angeordnet ist, an den ein von einer der Ventilkammer zugewandten Grundfläche des Membranträgers abstützbarer Dichtabschnitt der Dichtmembran dichtend andrückbar ist, um wenigstens zwei in die Ventilkammer einmündende Fluidkanäle voneinander abzutrennen.
Ein aus der DE 60017310 T2 bekanntes Membranventil dieser Art enthält ein in einem Ventilgehäuse angeordnetes Ventilglied bestehend aus einer eine Ventilkammer begrenzenden Dichtmembran und einem die Dichtmembran tragenden, schwenkbeweglich am Ventilgehäuse aufgehängten Membranträger. Der Membranträger stützt mit seiner Grundfläche zwei Dichtabschnitte der Dichtmembran ab, die jeweils an einem in der Ventilkammer angeordneten Ventilsitz zur Anlage bringbar sind, um in die Ventilkammer einmündende Fluidkanäle wahlweise miteinander zu verbinden oder voneinander abzutrennen. An ihrem äußeren Randbereich ist die Dichtmembran unter Abdichtung im Ventilgehäuse eingespannt. Die Schaltstellung des Ventils kann durch Antriebsmittel vorgegeben werden, die auf den Membranträger einwirken und dessen Schwenkbewegung hervorrufen. Ein Nachteil des bekannten Membranventils ist darin zu sehen, dass die Dichtmembran beim Verschwenken des Membranträgers stark gedehnt wird und somit einer hohen Belastung ausgesetzt ist, was die Lebensdauer beeinträchtigt.
Bei einem aus der DE 20 2009 016 447 U1 bekannten Membranventil ist eine Dichtmembran lediglich im Bereich zweier jeweils einem Ventilsitz gegenüberliegender Dichtabschnitte an einem verschwenkbaren Membranträger befestigt. Die Problematik einer aufgrund ihrer Dehnung stark beanspruchten Dichtmembran ist auch bei diesem Membranventil gegeben.
Die DE 20 2009 000 593 U1 offenbart ein Membranventil, dessen Dichtmembran wiederum nur im Bereich zweier Dichtabschnitte an einem wippenartig verschwenkbaren Membranträger fixiert ist. Wird der Membranträger im Sinne eines sich von einem Ventilsitz Entfernens verschwenkt, nimmt er den zugeordneten Dichtabschnitt mit, was in dem sich zwischen dem Dichtabschnitt und dem eingespannten Randbereich der Dichtmembran liegenden Membranabschnitt zu hohen Zugspannungen führt, die einen frühzeitigen Verschleiß der Dichtmembran hervorrufen können.
Ein aus der DE 7324333 U bekanntes Membranventil verfügt über eine eine Ventilkammer verschließende Dichtmembran, die durch ein Versteifungsblech festgehalten wird. Von der Dichtmembran wegragende Vorsprünge durchsetzen das Versteifungsblech und stützen sich an einem unabhängig von der Dichtmembran in einem Ventilgehäuse schwenkbeweglich angeordneten Betätigungselement ab. An der Schwenkbewegung des Betätigungselementes nimmt die Dichtmembran nicht teil, was den zur Verfügung stehenden Ventilhub beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil zu schaffen, dessen Dichtmembran zu Gunsten einer hohen Lebensdauer einer geringen Beanspruchung unterliegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Dichtmembran einen sich ausgehend von einem am Membranträger befestigten und dessen Schwenkbewegung mitmachenden Befestigungs-Membranabschnitt in bezüglich dem Membranträger nicht fixierter Weise über zumindest einen Teilbereich des Ventilsitzes hinweg und über den Rand der Grundfläche des Membranträgers hinaus bis zu dem am Ventilgehäuse fixierten äußeren Randbereich erstreckenden unfixierten Membranabschnitt aufweist, der zumindest einen Teilbereich des Dichtabschnittes bildet und von dem der Membranträger abheben kann, wenn der Membranträger im Sinne eines Entfernens von dem Ventilsitz verschwenkt wird.
Bei diesem Membranventil ist zum Abtrennen der Fluidverbindung zweier Fluidkanäle ein Dichtabschnitt der Dichtmembran durch den Membranträger dichtend an einen zugeordneten Ventilsitz andrückbar. Dadurch ist auch bei einem hohen Fluiddruck einem unerwünschten Abheben des Dichtabschnittes vom Ventilsitz entgegengewirkt und für eine hohe Abdichtqualität gesorgt. Gleichwohl unterliegt die Dichtmembran einer nur geringen Dehnung, wenn der Dichtabschnitt durch entsprechendes Verschwenken des Membranträgers vom zugeordneten Ventilsitz abgehoben wird. Ursache dafür ist, dass zumindest ein Teilbereich des Dichtabschnittes zu einem sich lose entlang der Grundfläche des Membranträgers erstreckenden, an dem Membranträger nicht befestigten unfixierten Membranabschnitt gehört, so dass es dem Membranträger möglich ist, sich von dem nicht fixierten Bestandteil des Dichtabschnittes abzuheben, wenn er vom zugeordneten Ventilsitz weggeschwenkt wird. Der unfixierte Membranabschnitt des Dichtelementes kann sich dabei von der zuvor noch an ihm anliegenden Grundfläche des Membranträgers ablösen, wobei sich ein Verhaltensmuster ergibt, das man mit einem Abklappen beziehungsweise mit einem Wegklappen des unfixierten Membranabschnittes vom Membranträger beschreiben könnte. Es kann sich mithin ein insbesondere keilförmiger Spalt zwischen dem unfixierten Membranabschnitt und dem davon abgehobenen Membranträger auftun, wobei die Dichtmembran, weil sie partiell nicht gezwungen ist, dem sich verschwenkenden Membranträger zu folgen, einer verhältnismäßig geringen Dehnungsbeanspruchung unterliegt. Die Folge ist eine hohe Lebensdauer des Membranventils verbunden mit der Möglichkeit, das Membranventil mit kompakten Abmessungen zu realisieren. Die Möglichkeit des sich vom Membranträger Ablösens des zumindest einen Teil des Dichtabschnittes enthaltenden unfixierten Membranabschnittes schafft die Voraussetzung dafür, eine Dichtmembran einzusetzen, die neben dem Membranträger keines besonderen Verformungsfreiraumes im Ventilgehäuse bedarf.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Mindestens ein Ventilsitz des Membranventils ist zweckmäßigerweise ringförmig in sich geschlossen ausgebildet, so dass er die Kanalmündung eines Fluidkanals umrahmt. Zum Absperren dieses Fluidkanals liegt mithin ein ringförmiger Dichtabschnitt der Dichtmembran an dem Ventilsitz an. Von diesem ringförmigen Dichtabschnitt ist zumindest ein Teilbereich als Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes ausgebildet, so dass er vom Membranträger abheben kann, wenn selbiger zum Freigeben des Fluidkanals von dem Ventilsitz wegverschwenkt wird.
Zweckmäßigerweise liegt ein vom Membranträger nicht abhebbarer Teilbereich des Dichtabschnittes zwischen der Schwenkachse des Membranträgers und einem zu dem unfixierten Membranabschnitt gehörenden Teilbereich des Dichtabschnittes.
Vorzugsweise ist die Dichtmembran so ausgebildet, dass der mit dem Ventilsitz kooperierende Dichtabschnitt teilweise ein Bestandteil des Befestigungs-Membranabschnittes und teilweise ein Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes ist. Mithin macht der zum Befestigungs-Membranabschnitt gehörende Teilbereich des Dichtabschnittes die Schwenkbewegung des Membranträgers uneingeschränkt mit, während der zu dem unfixierten Membranabschnitt gehörende Teilbereich des Dichtabschnittes sich vom eine Schwenkbewegung ausführenden Membranträger ablösen kann.
Alternativ kann das Membranventil allerdings auch so ausgebildet sein, dass der gesamte mit dem Ventilsitz kooperierende Dichtabschnitt der Dichtmembran ein Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes ist.
In einer Draufsicht auf den Membranträger betrachtet, liegt der Ventilsitz zweckmäßigerweise vollständig innerhalb des Umrisses der Grundfläche des Membranträgers.
Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des Membranventils ist der Ventilsitz stegartig ausgebildet und erstreckt sich derart zwischen zwei sich gegenüberliegenden seitlichen Wandabschnitten der Ventilkammer, dass er diese Ventilkammer in zwei diesseits und jenseits des stegartigen Ventilsitzes liegende Kammerabschnitte unterteilt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn sich der unfixierte Membranabschnitt über den gesamten von dem Membranträger überdeckten Bereich des Ventilsitzes hinweg erstreckt, so dass beim Verschwenken des Membranträgers der gesamte, dem Ventilsitz zugeordnete Dichtabschnitt der Dichtmembran vom Membranträger ablösbar ist.
Der Membranträger verfügt zweckmäßigerweise über einen Lagerungsabschnitt, an dem er, beispielsweise mittels einer ihn durchsetzenden Achswelle, bezüglich des Ventilgehäuses verschwenkbar gelagert ist. Die Dichtmembran ist hierbei mit ihrem Befestigungs-Membranabschnitt zweckmäßigerweise an dem Lagerungsabschnitt befestigt.
Prinzipiell kann das Membranventil über nur einen einzigen, durch einen Dichtabschnitt der Dichtmembran steuerbaren Ventilsitz verfügen. In diesem Fall wird das Membranventil insbesondere als Absperrventil mit 2/2-Ventilfunktion genutzt. Zwei in die Ventilkammer einmündende Fluidkanäle werden hierbei in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Membranträgers entweder über die Ventilkammer hinweg miteinander fluidisch verbunden oder werden voneinander abgetrennt.
Als besonders zweckmäßig wird ein Membranventil angesehen, das über zwei mit je einem eigenen Dichtabschnitt der Dichtmembran kooperierende Ventilsitze in der Ventilkammer verfügt, wobei insbesondere mindestens drei Fluidkanäle in die Ventilkammer einmünden, so dass ein Fluidkanal wahlweise mit jeweils einem der beiden anderen Fluidkanäle fluidisch verbindbar ist. Ein solches Membranventil lässt sich mit einer sogenannten 3/2-Ventilfunktion betreiben.
Insbesondere in dem vorgenannten Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Membranträger über zwei zu einem zur Schwenklagerung nutzbaren Lagerungsabschnitt in einander entgegengesetzte Richtungen wegragende Trägerarme verfügt, die sich jeweils über einen von zwei in der Ventilkammer angeordneten Ventilsitzen hinweg erstrecken. Der Membranträger kann wippenartig verschwenkt werden, wobei sich sein jeweils einer Trägerarm von dem zugeordneten Ventilsitz entfernt, wenn der andere Trägerarm an den diesem anderen Trägerarm zugeordneten Ventilsitz angenähert wird. Die Dichtmembran erstreckt sich an der der Ventilkammer zugewandten Unterseite des Membranträgers und verfügt im Bereich jedes Trägerarmes über einen dem einen der beiden Ventilsitze zugeordneten Dichtabschnitt, der mittels des zugeordneten Trägerarmes an den zugehörigen Ventilsitz dichtend andrückbar ist. Jeder der beiden Dichtabschnitte ist Bestandteil eines in dem oben schon geschilderten Sinne ausgebildeten, bezüglich des Membranträgers unfixierten Membranabschnittes, und zwar entweder nur bereichsweise oder zur Gänze. Mithin kann jeder Trägerarm dann, wenn er vom zugeordneten Ventilsitz weg verschwenkt wird, von dem zum unfixierten Membranabschnitt gehörenden Bereich des Dichtabschnittes abheben, so dass die Dehnungsbeanspruchung der Dichtmembran relativ gering ist.
Die Dichtmembran ist mit ihrem Befestigungs-Membranabschnitt zweckmäßigerweise an einem zwischen den beiden Trägerarmen befindlichen, zur Schwenklagerung des Membranträgers nutzbaren Lagerungsabschnitt befestigt. Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Dichtmembran Bestandteil eines Membrankörpers ist, der im Bereich des Befestigungs-Membranabschnittes einen auf der der Ventilkammer entgegengesetzten Seite wegragenden Befestigungsfortsatz aufweist, der in den Membranträger eingreift, um die Dichtmembran am Membranträger zu befestigen. Vorzugsweise wird mittels des Befestigungsfortsatzes eine bevorzugt ausschließlich formschlüssige Verbindung zwischen dem Membrankörper und dem Membranträger hergestellt.
Zur Fixierung am Membranträger kann der Membrankörper insbesondere durch Spritzgießen mit dem Membranträger verbunden werden, wobei zweckmäßigerweise jedoch keine stoffschlüssige Verbindung vorliegt, sondern lediglich eine auf Formschluss basierende Fixierung verwirklicht wird. Beispielsweise kann ein von der Dichtmembran wegragender Befestigungsfortsatz nach Art eines Auges oder einer Öse geformt sein, das bzw. die in dem Membranträger einen Quersteg umgreift, der zur Schwenklagerung des Membranträgers genutzt wird.
Vorzugsweise ist die Dichtmembran so gestaltet, dass sie entlang des Umrisses der Grundfläche des Membranträgers ringsum über den Membranträger hinausragt. Der über die Grundfläche hinausragende Membranabschnitt weist einen äußeren Randbereich auf, der unter Abdichtung am Ventilgehäuse fixiert ist, insbesondere dadurch, dass er zwischen zwei Komponenten des Ventilgehäuses fluiddicht eingespannt ist. Die Grundfläche des Membranträgers überdeckt bevorzugt einen rahmenartig gestalteten, an dem Membranträger nur lose anliegenden unfixierten Membranabschnitt, der einen Befestigungs-Membranabschnitt der Dichtmembran umrahmt. Dieser unfixierte Membranabschnitt bildet nicht nur zumindest einen Teilbereich jedes der beiden Dichtabschnitte, sondern ermöglicht es der Dichtmembran rings um den Befestigungs-Membranabschnitt herum von dem Membranträger abzuheben, wenn dieser zur Veränderung der Schaltstellung verschwenkt wird. Auf diese Weise unterliegt die Dichtmembran einer besonders geringen Beanspruchung.
Die Ventilkammer und die die Ventilkammer verschließende Dichtmembran haben zweckmäßigerweise eine Längsgestalt. Die Längsrichtung verläuft insbesondere rechtwinkelig zu einer Schwenkachse des Membranträgers. In der Ventilkammer sind die vorhandenen Kanalmündungen der einmündenden Fluidkanäle vorzugsweise in der Längsrichtung der Ventilkammer aufeinanderfolgend angeordnet. Mit der länglichen Gestaltung der Ventilkammer und der Dichtmembran lassen sich besonders kompakte Querabmessungen des Membranventils verwirklichen.
Das Membranventil ist zweckmäßigerweise mit elektrisch betätigbaren Antriebsmitteln ausgestattet, die zur Betätigung des Ventilgliedes dienen und die es insbesondere ermöglichen, den Membranträger nach Bedarf zu verschwenken und in der jeweils gewünschten Position festzuhalten. Derartige Antriebsmittel enthalten vorzugsweise mindestens eine Elektromagneteinrichtung und vorzugsweise auch mindestens eine Rückstellfedereinrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine teils schematische perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranventils, wobei strichpunktiert elektrisch betätigbare Antriebsmittel illustriert sind,
2 das bei dem Membranventil der 1 verwendete Ventilglied in einer aufgebrochenen perspektivischen Einzeldarstellung,
3 einen Längsschnitt durch das Membranventil aus 1 gemäß Schnittlinie III-III in einer Grundstellung des Ventilgliedes, wobei ein die elektrisch betätigbaren Antriebsmittel enthaltender oberer Gehäuseteil des Ventilgehäuses nicht abgebildet ist,
4 einen Querschnitt durch die Anordnung aus 3 gemäß Schnittlinie IV-IV,
5 einen Querschnitt durch die Anordnung aus 3 gemäß Schnittlinie V-V aus 3,
6 in einer der 3 entsprechenden Längsschnittdarstellung eine Zwischenstellung des Ventilgliedes beim Umschalten zwischen seinen beiden möglichen Schaltstellungen,
7 einen Längsschnitt durch das Membranventil gemäß Schnittlinie VI-VI aus 5,
8 in einer der 3 entsprechenden Darstellungsweise eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranventils im Längsschnitt,
9 die Anordnung aus 8 im Querschnitt gemäß Schnittlinie IX-IX,
10 einen Querschnitt durch die Anordnung aus 8 gemäß Schnittlinie X-X,
11 in einer der 8 entsprechenden Darstellungsweise eine Zwischenstellung des Ventilgliedes zwischen seinen beiden möglichen Schaltstellungen, und
12 einen Längsschnitt durch das Membranventil gemäß Schnittlinie XII-XII aus 11.
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Membranventil verfügt über ein Ventilgehäuse 2 und ein in dem Ventilgehäuse 2 angeordnetes, relativ zum Ventilgehäuse 2 bewegliches Ventilglied 3. Darüber hinaus ist das Membranventil 1 mit bevorzugt im Innern des Ventilgehäuses 2 untergebrachten, elektrisch betätigbaren Antriebsmitteln 4 ausgestattet, durch die das Ventilglied 3 zwischen zwei möglichen Schaltstellungen umschaltbar ist.
Das Ventilglied 3 ist bevorzugt als Verbundelement ausgebildet, das sich aus einem Membrankörper 5 und einem den Membrankörper 5 tragenden Membranträger 6 zusammensetzt. Diese beiden Komponenten sind in einer noch zu erläuternden Weise aneinander befestigt. Während der Membranträger 6 aus einem starren Material besteht, beispielsweise aus einem starren Kunststoffmaterial, besteht der Membrankörper 5 aus einem flexiblen und vorzugsweise gummielastischen Material. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Membrankörper 5 um einen Elastomerkörper.
Im Innern des Ventilgehäuses 2 befindet sich ein eine Ventilkammer 7 bildender Hohlraum. Die Ventilkammer 7 ist einerseits vom Ventilgehäuse 2 und andererseits von einem als Dichtmembran 8 bezeichneten membranartigen Bestandteil des Membrankörpers 5 begrenzt.
Das Ventilgehäuse 2 definiert eine die Ventilkammer 7 an einer Unterseite begrenzende Bodenwand 12. Die Bodenwand 12 ist bevorzugt Bestandteil eines ersten Gehäuseteils 13 des Ventilgehäuses 2.
Die Dichtmembran 8 hat flächenhafte Ausdehnung und erstreckt sich an einer Oberseite über die Bodenwand 12 hinweg. Mit einem den äußeren Umriss der Dichtmembran 8 definierenden äußeren Randbereich 14 ist die Dichtmembran 8 derart unter Abdichtung am Ventilgehäuse 2 fixiert, dass sie gemeinsam mit der Bodenwand 12 die Ventilkammer 7 begrenzt.
Die fluiddichte Fixierung des äußeren Randbereiches 14 wird zweckmäßigerweise dadurch realisiert, dass dieser äußere Randbereich 14 zwischen dem ersten Gehäuseteil 13 und einem zweiten Gehäuseteil 15 des Ventilgehäuses 2 fest eingespannt ist. An dem äußeren Randbereich 14 befindet sich in diesem Zusammenhang zweckmäßigerweise ein den Umriss der Dichtmembran 8 bestimmender Befestigungswulst 21.
Im Folgenden sei die Richtung, in der die Dichtmembran 8 der Bodenwand 12 gegenüberliegt, als Höhenrichtung 16 bezeichnet. Rechtwinkelig zu der Höhenrichtung 16 hat die Ventilkammer 7 zweckmäßigerweise eine längliche Gestalt mit einer Längsachse 17 und einer hierzu rechtwinkeligen Querachse 18. Im Bereich der Schmalseiten ist die Ventilkammer 7 vorzugsweise abgerundet. Seitlich ist die Ventilkammer 7 von einer die längliche Gestalt vorgebenden Seitenwand 22 begrenzt, die von einer der Dichtmembran 8 zugewandten Bodenfläche 23 hochragt, die an der Bodenwand 12 ausgebildet ist.
Der Membrankörper 5 verfügt in einem zentralen Bereich zweckmäßigerweise über einen mit der Dichtmembran 8 einstückigen und in der Höhenrichtung 16 von der Bodenwand 12 wegragenden Befestigungsfortsatz 24. Mittels dieses Befestigungsfortsatzes 24 ist der Membrankörper 5 an dem Membranträger 6 befestigt.
Der Membranträger 6 erstreckt sich auf der der Bodenwand 12 entgegengesetzten Seite über die Dichtmembran 8 hinweg. Er ist an dem Ventilgehäuse 2 nach Art einer Wippe um eine Schwenkachse 25 relativ zum Ventilgehäuse 2 verschwenkbar gelagert. Die hierdurch mögliche Schwenkbewegung des Membranträgers 6 ist bei 26 durch einen Doppelpfeil illustriert. Die Schwenkachse 25 verläuft parallel zu der Querachse 18. Zu seiner Schwenklagerung ist der Membranträger 6 zweckmäßigerweise an einem als Lagerungsabschnitt 27 bezeichneten Abschnitt verschwenkbar bezüglich des Ventilgehäuses 2 gelagert. Exemplarisch ist er hierzu von einer Lagerbohrung 28 quer durchsetzt, durch die sich eine Achswelle 32 hindurch erstreckt, die endseitig in zwei Lagerschenkeln 33 des zweiten Gehäuseteils 15 fixiert ist. Der Membranträger 6 ist relativ zu der Achswelle 32 verschwenkbar, wobei die Längsachse der Achswelle 32 die Schwenkachse 25 definiert.
Bezogen auf die Schwenkachse 25 ist der Membranträger 6 nach Art eines zweiarmigen Hebels ausgebildet. Er verfügt über zwei ausgehend von dem Lagerungsabschnitt 27 in der Längsrichtung 17 in entgegengesetzte Richtungen ragende, bevorzugt leicht winkelig zueinander angeordnete Hebelarme, die im Folgenden als ein erster und ein zweiter Trägerarm 34, 35 bezeichnet seien. Beim Verschwenken des Membranträgers 6 nähert sich je nach Schwenkrichtung der jeweils eine Trägerarm 34 oder 35 an die Bodenwand 12 an, während sich der jeweils andere Trägerarm 35 oder 34 von der Bodenwand 12 entfernt.
Mit seinem Befestigungsfortsatz 24 ist der Membrankörper 5 an dem Membranträger 6 befestigt, und zwar insbesondere an dem Lagerungsabschnitt 27. Hierzu greift der Befestigungsfortsatz 14 in der Höhenrichtung 16 in den Membranträger 6 hinein.
Der Befestigungsfortsatz 24 ist so am Membranträger 6 fixiert, dass er dessen Schwenkbewegung 26 mitmacht. Letzteres gilt dementsprechend auch für denjenigen Abschnitt der Dichtmembran 8, an dem der Befestigungsfortsatz 24 unmittelbar angeordnet ist. Dieser Membranabschnitt der Dichtmembran 8 sei daher im Folgenden als fixierter Membranabschnitt oder Befestigungs-Membranabschnitt 36 bezeichnet. Der fixierte Membranabschnitt bzw. Befestigungs-Membranabschnitt 36 bedeckt einen zentralen Abschnitt 37 einer der Dichtmembran 8 zugewandten Grundfläche 38 des Membranträgers 6.
Die Dichtmembran 8 ist lediglich mittels des Befestigungsfortsatzes 24 an dem Membranträger 6 gehalten. Die Haltewirkung basiert vorzugsweise ausschließlich auf Formschluss. Hierzu erstreckt sich der Befestigungsfortsatz 24 in einer Aussparung 43 des Membranträgers 6, die zumindest zu der Grundfläche 38 hin offen ist und die von einem die Lagerbohrung 28 definierenden Kernabschnitt 44 des Lagerungsabschnittes 27 quer durchsetzt ist. Der Befestigungsfortsatz 24 umschließt diesen Kernabschnitt 44 als in sich geschlossener Körper nach Art einer Öse und ist dadurch zuverlässig festgehalten. Eines zusätzlichen Stoffschlusses durch Verkleben oder mittels einer sonstigen Maßnahme bedarf es mithin nicht, wenngleich eine stoffschlüssige Befestigung durchaus zusätzlich oder auch alternativ vorhanden sein kann.
Anders als beim Ausführungsbeispiel, bei dem der Membranträger 6 einstückig ausgebildet ist, ist alternativ auch ein mehrteiliger und insbesondere zweiteiliger Aufbau des Membranträgers 6 möglich. So kann die Dichtmembran 8 beispielsweise derart an einem mehrteiligen Membranträger montiert werden, dass sie in den Membranträger eingeschoben wird und danach mittels einer Hülse fixiert wird, die gleichzeitig die Lagerung für die Achswelle 32 ist. Die Dichtmembran 8 oder der Membrankörper 5 kann auch zwischen zwei Teilen des Membranträgers durch Klemmung fixiert sein.
In die Ventilkammer 7 münden mehrere das Ventilgehäuse 2 durchsetzende Fluidkanäle 45 ein. Diese Fluidkanäle 45 seien im Folgenden auch als erster, zweiter und dritter Fluidkanal 45a, 45b, 45c bezeichnet. Alle drei Fluidkanäle 45 durchsetzen zweckmäßigerweise die Bodenwand 12 und münden an der Bodenfläche 23 mit je einer Kanalmündung 46 in die Ventilkammer 7 ein.
Zur besseren Unterscheidung seien die Kanalmündungen 46 auch als erste, zweite und dritte Kanalmündung 46a, 46b, 46c bezeichnet.
Die zum ersten Fluidkanal 45a gehörende erste Kanalmündung 46a befindet sich in der Höhenrichtung 16 unterhalb des ersten Trägerarmes 34. Die zum zweiten Fluidkanal 45b gehörende zweite Kanalmündung 46b befindet sich in der Höhenrichtung 16 unterhalb des zweiten Trägerarmes 35. Die zum dritten Fluidkanal 45c gehörende dritte Kanalmündung 46c liegt in der Längsrichtung der Ventilkammer 7 zwischen der ersten und zweiten Kanalmündung 46a, 46b und insbesondere unterhalb des Lagerungsabschnittes 27.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 ist sowohl die erste Kanalmündung 46a als auch die zweite Kanalmündung 46b von einem ringförmig in sich geschlossenen Ventilsitz 47 umrahmt, der im Folgenden auch als ringförmiger Ventilsitz 47 bezeichnet sei. Er ist bevorzugt kragenartig erhaben an der Bodenfläche 23 ausgebildet und ragt in der Höhenrichtung 16 nach oben in Richtung zur Dichtmembran 8.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 bis 12 sind in der Ventilkammer 7 zwei stegartige Ventilsitze 48 angeordnet, die von der Bodenwand 12 hochragen und sich außerdem quer zu der Längsachse 17 zwischen sich gegenüberliegenden seitlichen Wandabschnitten 22a, 22b der Seitenwand 22 erstrecken. Auf diese Weise wird die Ventilkammer 7 durch die beiden stegartigen Ventilsitze 48 in zwei äußere Kammerabschnitte 52a, 52b und einen dazwischenliegenden inneren Kammerabschnitt 52c unterteilt. Die beiden äußeren Kammerabschnitte 52a, 52b sind den beiden in Achsrichtung der Längsachse 17 orientierten schmalen Endbereichen der Ventilkammer 7 zugeordnet.
Von den drei Fluidkanälen 45 mündet der erste Fluidkanal 45a in den ersten, äußeren Kammerabschnitt 52a, der zweite Fluidkanal 45b in den anderen, zweiten äußeren Kammerabschnitt 52b und der dritte Fluidkanal 45c in den inneren Kammerabschnitt 52c.
Bei beiden Ausführungsbeispielen weist die Dichtmembran 8 zwei von der Grundfläche 38 des Membranträgers 6 überdeckte und jeweils einem der beiden Ventilsitze 47 oder 48 zugeordnete erste und zweite Dichtabschnitte 53a, 53b auf. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 sind die beiden Dichtabschnitte 53a, 53b ringförmig ausgebildet und liegen jeweils einem der beiden ringförmigen Ventilsitze 47 in der Höhenrichtung 16 gegenüber. Beim Ausführungsbeispiel der 8. bis 12 sind die Dichtabschnitte 53a, 53b streifenförmig ausgebildet und liegen in der Höhenrichtung 16 jeweils einem der beiden stegartigen Ventilsitze 48 gegenüber.
Im Rahmen der Schwenkbewegung 26 kann der Membranträger 6 in einer aus 3 bis 5 und aus 8 bis 10 ersichtlichen ersten Schaltstellung positioniert werden. Hier wird der erste Dichtabschnitt 53a durch den an die Bodenwand 12 angenäherten ersten Trägerarm 34 im Falle der 3 bis 5 an den dem ersten Fluidkanal 45a zugeordneten ringförmigen Ventilsitz 47 und im Falle der 8 bis 10 an den der ersten Kanalmündung 46a zugeordneten stegartigen Ventilsitz 48 fluiddicht angedrückt. Der zweite Dichtabschnitt 53b ist gleichzeitig von dem ihm zugeordneten ringförmigen Ventilsitz 47 beziehungsweise stegartigen Ventilsitz 48 abgehoben. In einer nicht abgebildeten zweiten Schaltstellung drückt der zweite Trägerarm 35 den zweiten Dichtabschnitt 53b an den zugeordneten ringförmigen Ventilsitz 47 beziehungsweise stegartigen Ventilsitz 48 an, während der erste Dichtabschnitt 53a von dem ihm zugeordneten Ventilsitz 47, 48 abgehoben ist.
Auf diese Weise liegt in der ersten Schaltstellung durch die Ventilkammer 7 hindurch eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Fluidkanal 45b und dem dritten Fluidkanal 45c vor, während gleichzeitig der erste Fluidkanal 45a von den beiden anderen Fluidkanälen abgetrennt ist. In der zweiten Schaltstellung ist der dritte Fluidkanal 45c mit dem ersten Fluidkanal 45a verbunden, während gleichzeitig der zweite Fluidkanal 45b von sowohl dem ersten Fluidkanal 45a als auch dem dritten Fluidkanal 45c fluiddicht abgetrennt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 befinden sich die ringförmigen Ventilsitze 47, in der Höhenrichtung 16 betrachtet, zweckmäßigerweise zur Gänze innerhalb des Umrisses 54 der der Dichtmembran 8 zugewandten Grundfläche 38 des Membranträgers 6. Auch bei der stegartigen Gestaltung eines Ventilsitzes 48 gemäß 8 bis 12 ist es von Vorteil, wenn der stegartige Ventilsitz 48 zumindest annähernd über seine gesamte Länge hinweg von der Grundfläche 38 des Membranträgers 6 überdeckt wird.
Die Dichtmembran 8 ist im Bereich der Grundfläche 38 abgesehen von dem Befestigungs-Membranabschnitt 36 nicht am Membranträger 6 befestigt. Bei beiden Ausführungsbeispielen hat dies zur Folge, dass die Dichtmembran 8 einen von der Grundfläche 38 an der den Ventilsitzen 47, 48 abgewandten Oberseite überdeckten Membranabschnitt aufweist, der den fixierten Befestigungs-Membranabschnitt 36 umrahmt, der jedoch abgesehen davon, dass er unter Vermittlung des Befestigungs-Membranabschnitt 36 an dem Membranträger 6 fixiert ist, im Übrigen nicht am Membranträger 6 befestigt ist und deshalb im Folgenden als unfixierter Membranabschnitt 55 bezeichnet sei. Der unfixierte Membranabschnitt 55 ist in den 7 und 12, soweit er innerhalb des Umrisses der Grundfläche 38 liegt, jeweils durch eine strichpunktierte Schraffur kenntlich gemacht.
Der unfixierte Membranabschnitt 55 zeichnet sich dadurch aus, dass er von der Grundfläche 38 des Membranträgers 6 abhebbar ist. Genauer gesagt ist der unfixierte Membranabschnitt 55 derart von dem Membranträger 6 abklappbar beziehungsweise wegklappbar, dass sich zwischen ihm und der sich über ihn hinweg erstreckenden Grundfläche 38 ein keilförmiger Spalt ergibt, der sich ausgehend von dem Befestigungs-Membranabschnitt 36 nach außen in Richtung zum Umriss 54 der Grundfläche 38 in der Höhenrichtung 16 verbreitert.
Ein Merkmal beider Ausführungsbeispiele ist, dass sich der unfixierte Membranabschnitt 55 ausgehend von dem Befestigungs-Membranabschnitt bzw. fixierten Membranabschnitt 36 über zumindest einen Teilbereich jedes Ventilsitzes 47, 48 hinweg bis über den Rand beziehungsweise Umriss 54 der Grundfläche 38 hinaus erstreckt, wobei er im Bereich des Randes beziehungsweise Umrisses 54 einen die Grundfläche 38 ringsum umrahmenden Membran-Außenabschnitt 56 aufweist, der auf der dem Befestigungs-Membranabschnitt 36 entgegengesetzten Außenseite in den äußeren Randbereich 14 beziehungsweise den dort gegebenenfalls vorhandenen Befestigungswulst 21 übergeht.
Dadurch, dass die Dichtmembran 8 mit Ausnahme an dem Befestigungs-Membranabschnitt 36 an dem Membranträger 6 nicht befestigt ist, sind diese nicht befestigten Membranbereiche, einschließlich des unfixierten Membranabschnittes 55, nicht gezwungen, die Schwenkbewegung des Membranträgers 6 mitzumachen, wenn dieser sich im Rahmen der Schwenkbewegung 26 von einem der Ventilsitze 47, 48 entfernt. Dies reduziert die Dehnungsbelastung der Dichtmembran 8 und bewirkt eine lange Lebensdauer.
Das Membranventil 1 kann so ausgebildet sein, dass lediglich ein Teilbereich des mindestens einen und vorzugsweise jedes Dichtabschnittes 53a, 53b ein Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes 55 ist, während ein weiterer Teilbereich des betreffenden Dichtabschnittes 53a, 53b ein Bestandteil des fixierten Membranabschnittes beziehungsweise Befestigungs-Membranabschnittes 36 ist. Dies trifft auf das Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 zu. Jeder hier ringförmig ausgebildete Dichtabschnitt 53a, 53b ist über einen Teil seines Umfanges hinweg Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes 55 und im übrigen Umfangsabschnitt ein Bestandteil des Befestigungs-Membranabschnittes 36. Dieser Umstand ergibt sich sehr gut aus 7. Wenn ein Membranträger 6 gemäß Doppelpfeil 26 verschwenkt wird, hebt mithin der dem sich von einem ringförmigen Ventilsitz 47 entfernende Trägerarm 34 oder 35 zugeordnete Dichtabschnitt 53a, 53b nur partiell vom betreffenden Trägerarm 34, 35 ab, während der andere Umfangs-Längenabschnitt des Dichtabschnittes 53a oder 53b die Schwenkbewegung 26 mitmacht, weil er an dem Membranträger 6 festgehalten wird.
Gemäß 1 bis 7 liegt der vom Membranträger 6 nicht abhebbare Teilbereich jedes Dichtabschnittes 53a, 53b insbesondere zwischen der Schwenkachse 25 des Membranträgers 6 und einem zu dem unfixierten Membranabschnitt 55 gehörenden Teilbereich des Dichtabschnittes 53a, 53b.
Das Membranventil 1 kann auch so ausgebildet sein, dass mindestens ein Dichtabschnitt 53a, 53b und vorzugsweise jeder Dichtabschnitt 53a, 53b in seiner Gesamtheit ein Bestandteil des unfixierten Membranabschnittes 55 ist. Dies ist beim Ausführungsbeispiel der 8 bis 12 der Fall. Der hier streifenförmig ausgebildete Dichtabschnitt 53a, 53b ist einem jeweiligen stirnseitigen Endbereich der Grundfläche 38 zugeordnet und befindet sich vollständig außerhalb des Befestigungs-Membranabschnittes 36. Dementsprechend kann hier beim Verschwenken des Membranträgers 6 der sich von einem stegartigen Ventilsitz 48 entfernende Trägerarm 34 oder 35 vom gesamten zugeordneten Dichtabschnitt 53a oder 53b abheben.
Insbesondere dann, wenn die Ventilsitze 47 gemäß Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 ringförmig ausgebildet sind, kann sich, in der Höhenrichtung 16 betrachtet, rings um den Membranträger 6 herum ein weder vom Membranträger 6 noch vom Ventilgehäuse 2 in der Höhenrichtung 16 abgestützter Membran-Außenabschnitt 56 befinden. Allerdings kann das Maß des Überstandes der Dichtmembran 8 über den Rand beziehungsweise Umriss 54 der Grundfläche 38 bei Bedarf sehr klein ausfallen oder auf praktisch null reduziert werden, weil die dem unfixierten Membranabschnitt 55 in dem der Grundfläche 38 in der Höhenrichtung 16 vorgelagerten Bereich zur Verfügung stehende Möglichkeit des Ablösens vom Membranträger 6 ausreichend Spielraum schafft, um den zum ausreichenden Freigeben einer Kanalmündung 46 gewünschten Hub des zugeordneten Dichtabschnittes 53a, 53b zu gewährleisten.
Beim Ausführungsbeispiel der 8 bis 12 ist der gesamte in der Querrichtung 18 über den Umriss 54 der Grundfläche 38 hinausragende Bereich des Membran-Außenabschnittes 56 durch das Ventilgehäuse 2 abgedeckt, was insbesondere aus 9 und 10 hervorgeht. Der Membranträger 6 hat hier eine ausreichende Breite in der Querrichtung 18, um die Dichtabschnitte 53a, 53b über die gesamte Länge des stegartigen Ventilsitzes 48 an diesen stegartigen Ventilsitz 48 anzudrücken.
Die exemplarisch vorhandenen elektrischen Antriebsmittel 4 enthalten eine Federeinrichtung 57, die sich zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem ersten Trägerarm 34 abstützt und die ständig derart drückend auf den ersten Trägerarm 34 einwirkt, dass der Membranträger 6 in die oben erwähnte erste Schaltstellung vorgespannt ist. Diese erste Schaltstellung definiert mithin die Grundstellung des Membranventils 1.
Zum Umschalten in die zweite Schaltstellung enthalten die Antriebsmittel 4 eine schematisch angedeutete Elektromagneteinrichtung 58, die ein elektromagnetisch zu einer Antriebsbewegung gemäß Pfeil 62 antreibbares Antriebsglied 63 enthält, das von einem elektromagnetisch antreibbaren Anker der Elektromagneteinrichtung 58 gebildet oder mit einem solchen Anker wirkverbunden ist. Das Antriebsglied 63 kooperiert mit dem zweiten Trägerarm 35, auf den es bei entsprechender Aktivierung der Elektromagneteinrichtung 58 eine drückende Stellkraft derart ausüben kann, dass der Membranträger 6 unter Überwindung der Federkraft der Federeinrichtung 57 in die zweite Schaltstellung umgeschaltet wird.
Es versteht sich, dass die Antriebsmittel 4 auch von anderer Bauart als der geschilderten sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60017310 T2 [0002]
DE 202009016447 U1 [0003]
DE 202009000593 U1 [0004]
DE 7324333 U [0005]

Claims

Membranventil, mit einem Ventilgehäuse (2) und einem diesbezüglich beweglichen Ventilglied (3), wobei das Ventilglied (3) eine an ihrem äußeren Randbereich (14) unter Abdichtung an dem Ventilgehäuse (2) fixierte und gemeinsam mit dem Ventilgehäuse (2) eine Ventilkammer (7) begrenzende Dichtmembran (8) und einen die Dichtmembran (8) tragenden, nach Art einer Wippe relativ zum Ventilgehäuse (2) verschwenkbaren Membranträger (6) aufweist, wobei in der Ventilkammer (7) mindestens ein Ventilsitz (47, 48) angeordnet ist, an den ein von einer der Ventilkammer (7) zugewandten Grundfläche (38) des Membranträgers (6) abstützbarer Dichtabschnitt (53a, 53b) der Dichtmembran (8) dichtend andrückbar ist, um wenigstens zwei in die Ventilkammer (7) einmündende Fluidkanäle (45) voneinander abzutrennen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (8) einen sich ausgehend von einem am Membranträger (6) befestigten und dessen Schwenkbewegung (26) mitmachenden Befestigungs-Membranabschnitt (36) in bezüglich dem Membranträger (6) nicht fixierter Weise über zumindest einen Teilbereich des Ventilsitzes (47, 48) hinweg und über den Rand der Grundfläche (38) des Membranträgers (6) hinaus bis zu dem am Ventilgehäuse (2) fixierten äußeren Randbereich (14) erstreckenden unfixierten Membranabschnitt (55) aufweist, der zumindest einen Teilbereich des Dichtabschnittes (53) bildet und von dem der Membranträger (6) abheben kann, wenn der Membranträger (6) im Sinne eines sich von dem Ventilsitz (47, 48) Entfernens verschwenkt wird.
Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ventilsitz (47) in einer die Kanalmündung (46) eines Fluidkanals (45) umrahmenden Weise ringförmig in sich geschlossen ausgebildet ist, wobei sich der unfixierte Membranabschnitt (55) über zumindest einen Teilbereich dieses Ventilsitzes (47) und der Kanalmündung (46) hinweg erstreckt und somit der Membranträger (6) von zumindest einem Teilbereich des Dichtabschnittes (53a, 53b) der Dichtmembran (8) abhebbar ist.
Membranventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Ventilsitz (47) zur Gänze innerhalb des Umrisses (54) der Grundfläche (38) des Membranträgers (6) liegt.
Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (48) in einer sich zwischen zwei seitlichen Wandabschnitten (22a, 22b) der Ventilkammer (7) erstreckenden und die Ventilkammer (7) in zwei Kammerabschnitte (52a, 52b; 52b, 52c) unterteilenden Weise stegartig ausgebildet ist, wobei sich der unfixierte Membranabschnitt (55) über den gesamten sich unter dem Membranträger (6) erstreckenden Bereich des stegartigen Ventilsitzes (48) hinweg erstreckt, derart, dass der Membranträger (6) vom gesamten Dichtabschnitt (53a, 53b) der Dichtmembran (8) abhebbar ist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranträger (6) einen Lagerungsabschnitt (27) aufweist, an dem er bezüglich des Ventilgehäuses (2) verschwenkbar gelagert ist, wobei die Dichtmembran (8) mit ihrem Befestigungs-Membranabschnitt (36) an diesem Lagerungsabschnitt (27) befestigt ist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranträger (6) über zwei ausgehend von einem schwenkbar gelagerten Lagerungsabschnitt (27) in einander entgegengesetzte Richtungen ragende Trägerarme (34, 35) verfügt, die sich jeweils über einen von zwei in der Ventilkammer (7) angeordneten Ventilsitzen (47, 48) hinweg erstrecken und denen jeweils einer von zwei jeweils einem der Ventilsitze (47, 48) gegenüberliegenden Dichtabschnitten (53a, 53b) zugeordnet ist, wobei jeder Dichtabschnitt (53a, 53b) zumindest partiell Bestandteil eines bezüglich des Membranträgers (6) unfixierten Membranabschnittes (55) ist, von dem der zugeordnete Trägerarm (34, 35) abhebbar ist, wenn er im Sinne eines sich vom zugeordneten Ventilsitz (47, 48) Entfernens verschwenkt wird.
Membranventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (8) mit ihrem Befestigungs-Membranabschnitt (36) an dem Lagerungsabschnitt (27) des Membranträgers (6) befestigt ist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (8) Bestandteil eines einstöckigen Membrankörpers (5) ist, der im Bereich des Befestigungs-Membranabschnittes (36) einen in den Membranträger (6) eingreifenden Befestigungsfortsatz (24) aufweist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Dichtmembran (8) enthaltender Membrankörper (5) stoffschlussfrei formschlüssig an dem Membranträger (6) fixiert ist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranträger (6) eine der Ventilkammer (7) zugewandte Grundfläche (38) aufweist, über die die Dichtmembran (8) ringsum hinausragt, wobei die Dichtmembran (8) einen den Befestigungs-Membranabschnitt (36) umrahmenden, von der Grundfläche (38) zumindest partiell abgedeckten unfixierten Membranabschnitt (55) aufweist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmembran (8) einen sich rings um den Umriss (54) der Grundfläche (38) des Membranträgers (6) herum erstreckenden, in den am Ventilgehäuse (2) fixierten äußeren Randbereich (14) übergehenden Membran-Außenabschnitt (56) aufweist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (7) und die Dichtmembran (8) eine Längsgestalt haben.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ventilkammer (7) drei Fluidkanäle (45, 45a, 45b, 45c) einmünden, von denen der eine Fluidkanal (45c) in Abhängigkeit von der Schwenkposition des Membranträgers (6) mit entweder dem einen (45a) oder dem anderen (45b) der beiden weiteren Fluidkanäle verbindbar ist.
Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es elektrisch betätigbare Antriebsmittel (4) zur Betätigung des Ventilgliedes (3) enthält.