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Die Erfindung betrifft ein Membranventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2011 084 075 A1 ist ein Membranventil bekannt, bei dem die mechanische Abdichtung für ein fluides Medium nach außen hin eine Klemmung oder Quetschung ist.
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JP 2010-266 012 A offenbart ein Membranventil, wobei die Membran zwischen einem Element, welches mittels eines Federelements in Richtung eines Ventilkörpers gedrückt wird, und dem Ventilkörper angeordnet ist.
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JP H01-93 674 A offenbart ein Membranventil, bei dem ein peripherer Abschnitt einer Membran zwischen einem Ventilkörper und einem Halteelements angeordnet ist. Das Halteelement
10 wird mittels eines Federelements konstant gegen den Ventilkörper gepresst.
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US 4 750 709 A offenbart ein Membranventil, bei dem ein Hauptkörper eine im Wesentlichen zylindrische Ventilkammer umfasst. Die Ventilkammer ist mit einer Membrananordnung verschlossen. Ein äußerer Bereich der Membrananordnung wird zwischen dem Hauptkörper und einem Element eingeklemmt. Eine Betriebseinheit ist mit dem Hauptkörper verschraubt.
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WO 2014/015327 A1 offenbart ein Membranventil, bei dem ein Druckring auf einen Bereich eines Membranelements drückt. Ein Druck eines Elements wird mittels des Druckrings auf den Bereich übertragen.
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US 2012/0068102 A1 offenbart, dass ein Gehäuse mit einem Ventilkörper mittels Befestigern verbunden ist. Hierbei kontaktiert eine Fläche des Gehäuses den Ventilkörper.
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US 6 047 953 A offenbart eine Membran für ein Membranventil, in welcher ein Element aus einem starren Material wie beispielsweise Metall angeordnet ist. Wenn ein Aufsatz und ein Ventilkörper eine untere und obere Fläche des Elements kontaktieren, so führt ein weiteres Anziehen von Befestigungselementen zu keiner Kompression der Membran. Die Membran ist zur Anordnung in dem Membranventil vorgesehen. Zwischen dem Aufsatz und einem Druckstück sind keine weiteren Elemente angeordnet. Die Membran wird zwischen dem Aufsatz und dem Ventilkörper verklemmt.
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Des Weiteren ist bekannt, dass bei Prozessen, bei denen es auf Reinheit ankommt, die beteiligten Membranventile in den fluidführenden Bereichen also insbesondere die Membrane selbst sterilisiert werden müssen. Die hohe Temperatur beispielsweise von über 150°C und der Dampf führen dazu, dass die Membran einem Materialstress ausgesetzt ist. Dieser Materialstress kann zu einer verringerten Elastizität führen, was sich nachteilig auf die Dichtheit der Membran nach außen auswirkt.
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Mithin ist es Aufgabe der Erfindung, die Dichtfunktion einer Membran innerhalb eines Membranventils möglichst lange aufrechtzuerhalten.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch ein Membranventil nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Dadurch, dass sich ein erster Klemmabschnitt mittels einer Vorspanneinrichtung an einem Gegenlagerabschnitt abstützt, die Vorspanneinrichtung den ersten Klemmabschnitt in Richtung eines zweiten Klemmabschnitts drückt und der Gegenlagerabschnitt mit dem zweiten Klemmabschnitt im Wesentlichen starr verbunden ist, wird vorteilhaft erreicht, dass auf die Membran, die zwischen den beiden Klemmabschnitten verklemmt ist, im Wesentlichen eine gleich Anpresskraft drückt. Dadurch wird auch bei nachlassender Elastizität der Membran sichergestellt, dass ein fluidführender Bereich des Membranventils nach außen hin sicher abgedichtet ist. Dadurch, dass sich der erste Klemmabschnitt mittels der Vorspanneinrichtung an dem Gegenlagerabschnitt abstützt, kann die Vorspanneinrichtung konstruktiv dort vorgesehen werden, wo noch Platzreserven vorhanden sind.
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Der Gegenlagerabschnitt ist mittels einer mit einem Beabstandungsmittel zusammenwirkenden Verbindungsvorrichtung mit dem zweiten Klemmabschnitt im Wesentlichen starr verbunden. So müssen beispielsweise keine exakt über ein Drehmoment für eine Schraubverbindung vorgegebenen Verbindungskräfte eingehalten werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Membran ausschließlich mit einem äußeren Befestigungsabschnitt zwischen dem ersten Klemmabschnitt und dem zweiten Klemmabschnitt verklemmt. Vorteilhaft bestimmt somit nur die Vorspanneinrichtung die Anpresskraft auf die Membran.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Klemmabschnitt hülsenartig ausgebildet, wodurch die von der Vorspanneinrichtung ausgehende Anpresskraft auf die Membran weitergeleitet wird und gleichzeitig Raum beispielsweis für ein Druckstück geschaffen wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der erste Klemmabschnitt eine Ausnehmung auf, innerhalb derer ein Druckstück des Membranventils entlang einer Zustellachse bewegbar ist. Vorteilhaft werden hierdurch die Abdichtung der Membran nach außen und eine Bewegung des Druckstücks voneinander entkoppelt und eine Nachrüstung für Membranventile ohne Vorspanneinrichtung wird ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Beabstandungsmittel durch eine Aussparung des ersten Klemmabschnitts geführt. Hierdurch wird vorteilhaft die Befestigung zwischen dem zweiten Klemmabschnitt und dem Gegenlagerabschnitt von der Klemmwirkung durch den ersten Klemmabschnitt entkoppelt und gleichzeitig der erste Klemmabschnitt geführt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Beabstandungsmittel durch eine Aussparung der Membran geführt. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Membran bei einem Tausch oder einem Wiedereinsetzen der Membran in einer definierten Position zu den Komponenten angeordnet wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Verbindungsvorrichtung zumindest abschnittsweise durch das Beabstandungsmittel geführt, wodurch vorteilhaft die Verbindung zwischen dem ersten Gegenlagerabschnitt und dem zweiten Klemmabschnitt von dem Bewirken der Anpresskraft durch die Vorspanneinrichtung entkoppelt wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung stellt das Beabstandungsmittel einen Anschlag für die Verbindungsvorrichtung bereit, um eine Relativbewegung des Gegenlagerabschnitts und des zweiten Klemmabschnitts aufeinander zu zu begrenzen. Hierdurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Membran durch eine starre Klemmung belastet wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Beabstandungsmittel als Hülse ausgebildet und die Verbindungsvorrichtung ist als Schraubverbindung ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst ein Antriebsgehäuse des Membranventils den Gegenlagerabschnitt. Hierdurch sind kompakte Membranventile realisierbar.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst ein Zwischengehäuse, das zwischen einem Antriebsgehäuse und einem Ventilkörper angeordnet ist, den Gegenlagerabschnitt. Hierdurch wird ermöglicht, dass Membranventile nachgerüstet werden können, ohne dass ein neuer Ventilkörper und ein neuer Antriebskörper ersetzt werden müssen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen einer Ventilspindel und einem Druckstück eine Verlängerung für die Ventilspindel angeordnet. Diese Verlängerung kompensiert die Vergrößerung der Distanz von dem Antriebsgehäuse bis zum Ventilkörper durch das dazwischen angeordnete Zwischenstück.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der erste Klemmabschnitt eine Rasteinrichtung, die mit einem stationären Halteabschnitt im Sinne einer Verliersicherung zusammenwirkt. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass bei einem Wechsel der Membran der erste Klemmabschnitt nicht aus dem Antriebsgehäuse beziehungsweise Zwischengehäuse fällt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorspanneinrichtung eine Tellerfeder, eine Anzahl von Tellerfedern oder ein Tellerfederpaket. Die zumindest eine Tellerfeder ermöglicht eine kompakte Ausführung bei einem gleichzeitig definierten Anpressdruck über einen definierten Federweg.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Für funktionsäquivalente Größen und Merkmale werden in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Membranventil;
- 2 eine Draufsicht auf das Membranventil;
- 3 und 4 schematische Schnittansichten des Membranventils; und
- 5 und 6 Detailansichten schematischer Schnitte durch das Membranventil.
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1 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht ein Membranventil 2 mit einem Antriebsgehäuse 4 und einem Ventilkörper 6. Ein flanschartiger Abschnitt 8 des Antriebsgehäuses 4 verbindet das Antriebsgehäuse 4 über Verbindungsvorrichtungen 10, die als Schraubverbindungen ausgeführt sind, mit dem Ventilkörper 6. Selbstverständlich können die Verbindungsvorrichtungen 10 auch andersartig ausgeführt sein.
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2 zeigt eine Draufsicht auf das Membranventil 2 in schematischer Form.
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Die 3 zeigt eine schematische Schnittansicht des Membranventils 2 gemäß einem Schnitt II aus 2. Eine Membran 12 wird ausschließlich mit einem radial äußeren Befestigungsabschnitt 14 zwischen einem ersten Klemmabschnitt 16 und einem zweiten Klemmabschnitt 18 verklemmt. Der zweite Klemmabschnitt 18 ist Teil des Ventilkörpers 6, der auch einen Ventilsitz 20 umfasst. Wird ein Druckstück 22 mittels einer Ventilspindel 24 in eine Zustellrichtung 26 in Richtung des Ventilsitzes 20 gepresst, so schließt sich das Membranventil 2 durch ein Andrücken der Membran 12 auf dem Ventilsitz 20 und zwei fluidführende Bereiche 28 und 30 werden voneinander getrennt.
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Der erste Klemmabschnitt 16 ist als eine Hülse ausgeformt, in der sich das Druckstück 22 entlang seiner Zustellachse bewegen kann. Hierfür umfasst der erste Klemmabschnitt 16 eine Ausnehmung 32. Innerhalb der im Wesentlichen als Innenzylinder ausgebildeten Ausnehmung 32 des Klemmabschnitts 16 erstreckt sich parallel zur Zustellachse ein radial hin zur Zustellachse ragender Vorsprung 33. Der Vorsprung 33 greift in eine sich radial von der Zustellachse weg erstreckende Ausnehmung 35 des Druckstücks 22 ein, wobei in der 3 lediglich die nach innen ragende Kontur der Ausnehmung 35 gezeigt ist. Die Ausnehmung 35 und der Vorsprung 33 bilden eine Verdrehsicherung.
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Der erste Klemmabschnitt 16 stützt sich mittels einer Vorspanneinrichtung 34, die als Tellerfeder ausgebildet ist, an einem Gegenlagerabschnitt 36 ab. Der Gegenlagerabschnitt 36 ist Teil des Antriebsgehäuses 4. Die Vorspanneinrichtung 34 drückt den ersten Klemmabschnitt 16 derart in Richtung des zweiten Klemmabschnitts 18, also in Zustellrichtung 26, so dass bevorzugt ein über die Lebensdauer der Membran 12 im Wesentlichen gleicher Anpressdruck auf den Befestigungsabschnitt 14 der Membran 12 wirkt. Hierzu ist es auch erforderlich, dass der Gegenlagerabschnitt 36 mit dem zweiten Klemmabschnitt 18 im Wesentlichen starr verbunden ist, um zu verhindern, dass anderweitig die Membran 12 derart eingeklemmt wird, dass ein Elastizitätsverlust zu einer Reduktion der Dichtheit nach außen führt. Des Weiteren umfasst der erste Klemmabschnitt eine Rasteinrichtung 40, deren Funktion in 6 erläutert wird.
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In einer alternativen Ausführungsform ist ein nicht gezeigtes Zwischengehäuse zwischen dem Antriebsgehäuse 4 und dem Ventilköper 6 angeordnet. Hierbei umfasst das Zwischengehäuse den Gegenlagerabschnitt 36, das Vorspannelement 34 sowie den ersten Klemmabschnitt 16. Vereinfacht umfasst das Zwischengehäuse die in 3 gezeigten Komponenten des Antriebsgehäuses 4 unterhalb einer Linie 38 in Zustellrichtung. Zusätzlich kann zwischen der Ventilspindel 24 und dem Druckstück 22 eine Verlängerung für die Ventilspindel 24 angeordnet sein, um den Weg zwischen der Ventilspindel 24 und dem Druckstück 22 zu überbrücken, der durch die Anordnung des Zwischengehäuses entsteht. Durch das Zwischengehäuse wird somit vorteilhaft eine Nachrüstlösung geschaffen, die in der Hinsicht abwärts kompatibel ist, als dass eine große Anzahl von Antrieben, Ventilkörper und Membranen nachgerüstet werden können.
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4 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des Membranventils 2 gemäß einem Schnitt IV aus 3. Der im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführte erste Klemmabschnitt 16 ist linker Hand unterbrochen dargestellt, um den zylindrisch ausgebildeten Aufnahmeraum 42 für den ersten Klemmabschnitt 16 zu zeigen. Der Aufnahmeraum 42 weist in Zustellrichtung 26, also auf die Membran 12 zu, einen sich öffnenden Durchmessersprung auf. Kreisringförmige Anschläge 44 und 46 in dem Aufnahmeraum 42 begrenzen eine Bewegung des ersten Klemmabschnitts entgegen der Zustellrichtung 26.
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5 zeigt eine Detailansicht gemäß einem Schnitt V aus 2, wobei die Verbindungsvorrichtung 10c den Gegenlagerabschnitt 36 mittels eines Beabstandungsmittels 50 im Wesentlichen starr verbindet. Das Beabstandungsmittel 50 ist vorliegend als Beabstandungshülse ausgebildet und wird durch eine Ausnehmung in den Gegenlagerabschnitt 36, durch eine Ausnehmung 52 durch den ersten Klemmabschnitt 16, durch eine Ausnehmung 54 der Membran 12 sowie durch eine Ausnehmung durch den zweiten Klemmabschnitt 18 geführt. Die Verbindungsvorrichtung 10c wird somit durch das Beabstandungsmittel 50 geführt und führt zu einer im Wesentlichen starren Verbindung zwischen dem zweiten Klemmabschnitt 18 und dem Gegenlagerabschnitt 36. Gleichzeitig wird eine Relativbewegung des Gegenlagerabschnitts 36 und des zweiten Klemmabschnitts 18 aufeinander zu durch das Beabstandungsmittel 50 verhindert. Somit kann die Verbindungsvorrichtung 10 mit dem Beabstandungsmittel 50, also mit der Beabstandungshülse, auf Block angezogen werden und es muss vorliegend kein exakt definiertes Anzugsmoment für die vorliegende Schraubverbindung vorgesehen werden. Vielmehr vereinfacht sich die Demontage und Montage des Gegenlagerabschnitts 36 auf dem zweiten Klemmabschnitt 18.
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6 zeigt eine Detailansicht eines schematischen Schnitts II gemäß 2. Die Rasteinrichtung 40 umfasst eine mittels einer Feder 56 radial nach außen gedrückte Kugel 58, wobei die Feder 56 und die Kugel 58 in einem Gehäuse 60 angeordnet sind. Das Gehäuse 60 wiederum ist in einer radial verlaufenden Ausnehmung innerhalb des ersten Klemmabschnitts 16 angeordnet. Die Kugel 58 wird radial nach außen gedrückt und greift in einen Halteabschnitt 60, der als Innennut in dem Gegenlagerabschnitt 36 ausgebildet ist, ein, um im Sinne einer Verliersicherung dafür zu sorgen, dass bei einer Entfernung der Membran 12 beziehungsweise einem Tausch der Membran 12 der erste Klemmabschnitt 16 nicht durch die Schwerkraft aus dem Gegenlagerabschnitt 36 fällt. Damit wird ein Austausch der Membran 12 beziehungsweise eine Entfernung der Membran 12 deutlich vereinfacht. Des Weiteren ist gezeigt, dass die Membran 12 zweischichtig mit zwei Schichten 12a und 12b ausgebildet sein kann.
