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Die Erfindung betrifft ein Absperrorgan für Fluide mit einem Antrieb, einem Zwischenstück und einem Ventilkörper, wobei im Zwischenstück ein vom Antrieb angetriebenes Druckstück verschieblich geführt ist, welches ein im Ventilkörper vorgesehenes und mit einem Ventil- oder Dichtsteg zusammenwirkendes Verschlusselement bewegt, das ein Verriegelungsglied aufweist, das insbesondere in Richtung des Druckstücks abragt. Die Erfindung betrifft auch ein Druckstück für ein derartiges Absperrorgan.
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Absperrorgane dienen dazu, die Menge eines Fluides in einem Fluidstrom zu steuern. Bei einem bekannten, als Membranventil ausgebildeten Absperrorgan dieser Art (
DE 20 2005 002 152 U1 ) ist das Druckstück in einem Zwischenstück geführt und drückt eine Absperrmembran auf einen Dichtsteg des Ventilkörpers. Dabei liegt die Absperrmembran mit ihrem Membranschild am Ventilkörper an und dichtet nach außen hin ab. Zur Ankopplung der Membran am Druckstück weist die Membran einen eingegossenen oder eingespritzten Gewindebolzen auf, welcher am Druckstück angeschraubt wird. Als nachteilig wird angesehen, dass durch übermäßiges Festziehen des Gewindebolzens die Membran beschädigt werden kann und dass das Anschrauben außerdem ein Verdrehen des Druckstücks gegenüber dem Ventilkörper erfordert, was oftmals nicht möglich ist, wenn die Membran nicht lose sondern fest mit dem Ventilkörper verbunden ist.
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Aus der
WO 2010/127849 A1 ist ein Fluidventil bekannt. Die
DE 699 10 497 T2 zeigt ein Fluid-Steuerventil. Aus der
DE 23 20 326 B2 ist ein Membranventil bekannt. Die
DE 103 19 061 B4 zeigt ein Durchflussregelventil und die
DE 601 08 519 T2 zeigt ein Membranventil. Bei allen Ventilen kann der Ventilkörper nur schwer ausgetauscht werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Absperrorgan bereit zu stellen, bei welchem der Austausch des Verschlusselements und/oder der Austausch des Ventilkörpers einfacher durchführbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Absperrorgan der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Druckstück wenigstens zwei das Verriegelungsglied insbesondere zangenartig ergreifende Schieberelemente aufweist, die zwischen einer das Verriegelungsglied freigebenden Offenstellung und einer das Verriegelungsglied ergreifenden Schließstellung verlagerbar sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel eines Membranventils beschrieben, bei welchem das Verschlusselement eine Membran ist. Die Erfindung soll aber nicht auf das Membranventil beschränkt sein, sondern allgemein Absperrorgane umfassen.
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Mittels der Schieberelemente kann nunmehr das Verriegelungsglied des als Membran ausgebildeten Verschlusselements schnell und problemlos ergriffen werden. Die Schieberelemente nehmen zwei Stellungen ein, nämlich eine Offenstellung und eine Schließstellung, wobei sie in der Offenstellung das Verriegelungsglied frei geben, so dass zum Beispiel die Membran oder der Ventilkörper getauscht werden kann, und in der Schließstellung das Verriegelungsglied festhalten, so dass die Verstellbewegungen des Druckstücks auf die Membran übertragen werden können. Es bedarf also somit nicht mehr eines Anschraubvorganges, bei welchem das Druckstück und die Membran oder der Ventilkörper miteinander verschraubt werden müssen.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schieberelemente radial und/oder tangential verlagerbar und/oder drehbar im oder am Druckstück befestigt. Auf diese Weise können sie aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden und dadurch die zangenartige Bewegung zum Ergreifen des Verriegelungsgliedes ausführen. Vorteilhaft sind die Schieberelemente in oder an Schienen oder Nuten geführt, so dass sie definierte Bewegungen in vorbestimmte Richtungen ausführen.
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Erfindungsgemäß weist das Druckstück einen antriebsseitigen Abschnitt und einen membranseitigen Abschnitt auf, die über parallel zur Zustellrichtung angeordnete Führungsbolzen exakt aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der antriebseitige Abschnitt des Druckstücks mit dem Antrieb verbunden bleiben kann, und gegenüber dem ventilkörper- oder membranseitigen Abschnitt des Druckstücks Differenzbewegungen ausführen kann, so dass diese Differenzbewegungen über entsprechende Mittel auf die Schieberelemente übertragen werden können, so dass diese wiederum zwischen ihren Offenstellungen und Schließstellungen bewegt werden können.
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Nehmen sowohl die beiden Abschnitte des Druckstücks als auch die beiden Schieberelemente ihre Arbeitsstellungen beziehungsweise ihre Schließstellungen ein, dann werden die beiden Abschnitte miteinander verriegelt, wodurch sichergestellt wird, dass auch die Schieberelemente sich nicht mehr bewegen können und ihre Schließstellung beibehalten. Die Verriegelung der beiden Abschnitte des Druckstücks blockiert also die beiden Schieberelemente.
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Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung erfolgt die Verriegelung selbsttätig und/oder ist die Entriegelung manuell von einer Bedienperson oder mittels anderer externen Entriegelungen durchführbar. Die Verriegelung erfolgt zum Beispiel dann, wenn der Ventilkörper mit einer neuen Membran bestückt worden ist oder ein neuer Ventilkörper eingesetzt wurde und das Druckstück erstmalig auf die Membran zugestellt wird. Dabei koppelt das Druckstück am Verriegelungsglied der Membran an und die beiden Abschnitte des Druckstücks werden automatisch miteinander verriegelt.
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Da für einen Austausch des Ventilkörpers oder der Membran der Fluidstrom unterbrochen werden muss, ist eine Entriegelung nur manuell durchführbar. Hierfür ist zum Beispiel ein quer zur Zustellrichtung verlagerbarer Rastbolzen vorgesehen, der bewusst manuell oder maschinell betätigt werden muss, auf jeden Fall aber nicht während eines Prozesses.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Schieberelemente am membranseitigen Abschnitt orthogonal zur Zustellrichtung verschieblich geführt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass das Verriegelungsglied der Membran, welches zum Beispiel als Zapfen mit einem umlaufenden Bund ausgeführt sein kann, seitlich ergriffen werden kann und dadurch die Membran über die Schieberelemente sicher mit dem membranseitigen Abschnitt des Druckstücks verbunden werden kann.
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Um die Differenzbewegung zwischen dem antriebsseitigen Abschnitt und dem membranseitigen Abschnitt des Druckstücks auf die Schieberelemente zu übertragen, sind diese am antriebsseitigen Abschnitt über eine Schrägführung sowohl orthogonal als auch radial verschieblich geführt. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Abschnitten zu einer Relativbewegung der beiden Schieberelemente zueinander führt. Hierdurch können die Schieberelemente in eine Schließrichtung und in eine Öffnungsrichtung bewegt werden. Dies bedeutet aber auch wiederum, dass über den Antrieb des Membranventils, mit dem die beiden Abschnitte des Druckstücks relativ zueinander bewegt werden, die Schieberelemente bewegt werden, nämlich in deren Schließrichtung.
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Im speziellen ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Schieberelemente bei einer Bewegung des antriebsseitigen Abschnitts in Richtung des membranseitigen Abschnitts, das heißt bei einer Annäherung der beiden Abschnitte zueinander, die Schieberelemente sich über die Schrägführung in radialer Richtung annähern, das heißt eine Schließbewegung ausführen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schrägführung schräg zur Zustellrichtung stehende Bolzen auf. Dabei entspricht der Neigungswinkel der schräg stehenden Bolzen bevorzugt 45°. Durch Wahl eines anderen Winkels kann die Vorschubgeschwindigkeit beziehungsweise der Vorschubweg der Schieberelemente geändert werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Druckstück und/oder ein Zwischenstück für ein Membranventil, welches die für das Druckstück relevanten Merkmale aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen dargestellt ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Membranventils;
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2 einen Längsschnitt II-II gemäß 1;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Druckstücks;
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4 einen Längsschnitt IV-IV gemäß 3 durch das Druckstück;
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5 einen um 90° gedrehten Längsschnitt V-V gemäß 3;
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6 den Längsschnitt gemäß 2 mit betätigtem Antrieb;
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7 eine perspektivische Ansicht des Druckstücks gemäß 6; und
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8 den Längsschnitt gemäß 2 bei nicht betätigtem Antrieb aber noch geschlossenen Schieberelementen.
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Die 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Membranventil mit einem Antrieb 12, einem Zwischenstück 14 und einem Ventilkörper 16. Das Membranventil 10 ist zum Beispiel an einer Wand 18 befestigt, wobei sich der Antrieb 12 auf der einen Seite und das Zwischenstück 14 und der Ventilkörper 16 auf der anderen Seite der Wand 18 befinden. Der Ventilkörper 16 ist mit einer andeutungsweise dargestellten Klammer 28 an das Zwischenstück 14 angeklemmt. Am Ventilkörper 16 sind zwei Stutzen 20 und 22 für Leitungen zum Zuführen und Abführen eines Fluids erkennbar, wobei der Fluidstrom mittels des Ventilkörpers 16 gesteuert wird. Innerhalb des Zwischenstücks 14 befindet sich ein Druckstück 24, welches zum Beispiel in 3 dargestellt ist. Außerdem ist eine Antriebsachse oder Antriebsspindel 26 des Antriebs 12 erkennbar, die an der Oberseite des Druckstücks 24 angreift.
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Innerhalb des Antriebs 12 befindet sich ein zum Beispiel pneumatisch betätigter Stellmechanismus 30, der die Antriebsspindel 26 in vertikaler Richtung (Zustellrichtung 32) bewegt und diese Bewegung auf das Druckstück 24 überträgt. Mit dem Druckstück 24 wird, wie nachfolgend beschrieben, eine Membran 34 des Ventilkörpers 16 betätigt, die dabei auf einen Steg 36 aufgedrückt oder von diesem abgehoben wird. Dadurch werden die beiden Stutzen 20 und 22 miteinander verbunden, so dass sie von einem Fluid durchströmt werden können, oder sie werden voneinander getrennt.
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Der Aufbau des Druckstücks 24 wird nachfolgend in 3 beschrieben. Das Druckstück 24 weist eine Abschlussplatte 38 auf, welche eine zentrale Öffnung zur Aufnahme des freien Endes der Antriebsspindel 26 besitzt. An die Abschlussplatte 38 ist ein antriebsseitiger Abschnitt 42 des Druckstücks 24 angeschraubt, wobei dieser Abschnitt 42 einen membranseitigen Abschnitt 44 trägt. Dieser membranseitige Abschnitt 44 weist im Längsschnitt V-V (5) im Wesentlichen eine U-Form auf und besitzt Schieberführungen 46, in welchen Schieberelemente 48 in Richtung des Doppelpfeils 50 (4) verschieblich geführt sind.
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Die beiden Schnitte IV-IV und V-V sind in den 4 und 5 dargestellt. Dort ist deutlich die Verschraubung 52 erkennbar, mit welcher der antriebsseitige Abschnitt 42 mit dem membranseitigen Abschnitt 44 verbunden ist. Außerdem sind die beiden Schieberelemente 48 erkennbar, die unter 45° zur Vertikalen liegende Schrägbohrungen 54 aufweisen, in welchen Bolzen 56 geführt sind. Diese Bolzen 56 sind im antriebsseitigen Abschnitt 42 befestigt und dienen als Schrägführung 58 für die Schieberelemente 48.
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Aus 5 ist deutlich erkennbar, dass die Schieberelemente 48 ausschließlich in Richtung des Doppelpfeils 50 (orthogonal zur Zeichenebene in 5) am membranseitigen Abschnitt 44 an den Schieberführungen 46 verschieblich geführt sind. Die Schrägführung 58 bewirkt nun, dass eine Verlagerung des membranseitigen Abschnitts 44 in Richtung des antriebsseitigen Abschnitts 42 (in Richtung des Doppelpfeils 32) eine radiale Verschiebung der Schieberelemente 48 in Richtung des Doppelpfeils 50 verursacht. Eine exakte Verlagerung der beiden Abschnitte 42 und 44 gegeneinander wird durch Führungsbolzen 60 sichergestellt, die in den membranseitigen Abschnitt 44 eingeschraubt sind. An den einander zugewandten Enden der beiden Abschnitte 42 und 44 sind Einsenkungen 62 und 64 vorgesehen, die als Lager 66 für eine die Führungsbolzen umgreifende Wendelfeder 68 dienen, welche versucht, die beiden Abschnitte 42 und 44 voneinander weg zu bewegen.
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An der Oberseite des antriebsseitigen Abschnitts 42 befindet sich ein Verriegelungsschieber 70, der an einer im antriebsseitigen Abschnitts 42 verschiebbaren Schraube 72 in Richtung des Doppelpfeils 50 verschieblich geführt ist (4). Auf gleicher Höhe wie der Verriegelungsschieber befinden sich zwei Führungsbolzen 74, die fest im antriebsseitigen Abschnitt 42 angeordnet sind und die von einer Wendelfeder 76 umgeben sind, welche eine Kraft auf den Verriegelungsschieber 70 weg von den Führungsbolzen 74 ausüben.
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Die Funktion des Membranventils 10 wird nachfolgend beschrieben. Mit der Klammer 26 wird, wie bereits erwähnt, der Ventilkörper 16 am Zwischenstück 14 befestigt (2). Der Antrieb 12 befindet sich in der Offenstellung, in welcher dieser zum Beispiel mit Druckluft beaufschlagt wird, so dass der Stellmechanismus 30 und mit diesem die Antriebsspindel 26 die Offenstellung einnehmen, was von einer Anzeige 78 angezeigt wird.
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Das Druckstück 24 nimmt dabei seine Offenstellung ein, die in den 4 und 5 dargestellt ist. In dieser Stellung sind die beiden Schieberelemente 48 auseinander gefahren und die beiden Abschnitte 42 und 44 voneinander beabstandet. Außerdem besitzt der membranseitige Abschnitt 44 einen Abstand zu einem zapfenartigen Verriegelungsglied 80 (2), welches von der Membran 34 in Richtung des Druckstücks 24 abragt.
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Anschließend wird, zum Beispiel durch Ablassen des Überdrucks, der Antrieb 12 betätigt und der Stellmechanismus 30 über ein Federpaket in Richtung des Ventilkörpers 16 verfahren, was in 6 dargestellt ist. Die Anzeige 78 verschwindet im Gehäuse des Antriebs 12 und mittels der Antriebsspindel 26 wird das Druckstück 24 in Richtung des Ventilkörpers 16 verfahren. Dabei gelangt das Verriegelungsglied 80 zwischen die beiden Schieberelemente 48, die weiterhin voneinander beabstandet sind. Das der Membran 34 zugewandte Ende des membranseitigen Abschnitts 44 des Druckstücks 24 legt sich auf der Oberseite der Membran 34 an und verlagert diese in Richtung des Stegs 36, bis sie an diese anliegt. Dadurch wird eine weitere Verlagerung des membranseitigen Abschnitts 44 in Richtung des Ventilköpers 16 blockiert, so dass nunmehr der antriebsseitige Abschnitt 42 entgegen der Kraft der Wendelfedern 68 in Richtung auf den membranseitigen Abschnitt 44 bewegt wird. Über die Schrägführung 58 werden nunmehr die beiden Schieberelemente 48 einander angenähert und ergreifen zangenartig das Verriegelungsglied 80 und halten dieses an dessen umlaufendem Bund fest. Liegt der antriebsseitige Abschnitt 42 am membranseitigen Abschnitt 44 an, kann die Stellkraft des Antriebs 12 vollständig auf die Membran 34 übertragen und diese auf den Steg 36 aufgedrückt werden. Das Membranventil 10 nimmt nun seine Schließstellung ein.
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In 7 ist die Lage der beiden Abschnitte 42 und 44 des Druckstücks 24 erkennbar. In dieser Schließstellung überragen nun die Schraubenköpfe 82 der beiden Führungsbolzen 60 die Gleitebene 84 für den Verriegelungsschieber 70. Da der Verriegelungsschieber 70 unter der Vorspannung der Feder 76 steht, kann eine Schulter 86 des Verriegelungsschiebers 70 unter den Schraubenkopf 82 einfahren und dadurch den membranseitigen Abschnitt 44 am antriebsseitigen Abschnitt 42 verriegeln. Die Verschiebung des Verriegelungsschiebers 70 ist daran erkennbar, dass der Schraubenkopf 88 der Schraube 72 in Richtung des Pfeils 50, das heißt radial nach außen verlagert ist. Die Verriegelung des Abschnitts 44 am Abschnitt 42 bewirkt auch eine Verriegelung der beiden Schieberelemente 48 aneinander und das zangenartige Festhalten der Membran 34 am Druckstück 24. Die Membran 34 folgt nunmehr allen Bewegungen des Antriebs 12 beziehungsweise der Antriebsspindel 26 und des Druckstücks 24.
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Ein Lösen der Membran 34, z. B. falls diese nicht mehr korrekt am Steg 36 abdichtet, wird dadurch bewirkt, dass der Antrieb 12 in Richtung der in der 8 gezeigte Offenstellung verfahren wird (8), was wiederum über die Anzeige 78 angezeigt wird. Das Druckstück 24 wird so weit verfahren, bis die Schraube 72 mit einem Entriegelungsbolzen 90 fluchtet, der am Zwischenstück 14 montiert und quer zur Zustellrichtung 32 manuell von außen betätigbar ist. Wird der Entriegelungsbolzen 90 durch radiales Eindrücken betätigt, verschiebt dieser die Schraube 72, wodurch der Verriegelungsschieber 70 entgegen der Kraft der Feder 76 verlagert wird. Dabei werden auch die Schultern 86 aus dem Bereich unterhalb des Schraubenkopfs 82 herausgeschoben, wodurch die Schraubenköpfe 82 und die Führungsbolzen 60 frei kommen. Die Wendelfedern 68 bewirken nun ein Auseinanderfahren der beiden Abschnitte 42 und 44, wodurch wiederum ein Auseinanderfahren der Schieberelemente 48 bewirkt wird, was über die Schrägführung 58 erfolgt. Das Verriegelungsglied 80 der Membran 34 kommt nunmehr frei, so dass nach dem Lösen der Klammer 28 der Ventilkörper 16 vom Zwischenstück 14 abmontiert und gegen einen neuen Ventilkörper 16 ausgetauscht werden kann.
