DE102023101306A1

DE102023101306A1 - Membran und Membranventil

Info

Publication number: DE102023101306A1
Application number: DE102023101306.8A
Authority: DE
Inventors: Katsuaki Iimura; Takashi Mitani
Original assignee: NIPPON DIAVALVE; Nippon Daiya Valve Co Ltd
Current assignee: NIPPON DIAVALVE; Nippon Daiya Valve Co Ltd
Priority date: 2022-05-16
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2023-11-16
Also published as: TW202346742A; KR20230160162A; JP2023169082A; JP7128379B1; JP7399232B2; US12055240B2; CN117072677A; JP2023168924A; JP2024024648A; US20230366472A1

Abstract

Ein Membranventil 100 umfasst einen Ventilkörper 10, eine Membran 20, ein Gehäuseoberteil 40 und ein Druckstück 60. Die Membran 20 umfasst einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 22, der den ersten Abschnitt 21 umgibt, wobei der erste Abschnitt 21 eine erste Dicke T1 und eine gekrümmte Plattenform aufweist, wobei der zweite Abschnitt 22 eine zweite Dicke T2 aufweist, die geringer als die erste Dicke T1 ist, um eine Abstufung zu bilden, und die eine ebene Plattenform hat. Der zweite Abschnitt 22 umfasst ein Dichtband SB, das den ersten Abschnitt 21 umgibt. Das Gehäuseoberteil 40 weist eine innere Abstufung 43 auf, die einen Teil des ersten Abschnitts 21 enthält, und die innere Abstufung 43 hat eine Tiefe G in der Z-Richtung, die größer ist als eine Differenz T1 -T2 zwischen der ersten und der zweiten Dicke.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Membran und ein Membranventil.
8A ist eine Querschnittsansicht auf ein herkömmliches Membranventil 100a. Der rechte halbe Abschnitt von 8A zeigt einen geöffneten Zustand S1 und der linke halbe Abschnitt zeigt einen geschlossenen Zustand S2. Das Membranventil 100a umfasst einen Ventilkörper 10, eine Membran 20a, ein Gehäuseoberteil 40a und ein Druckstück 60.
Der Ventilkörper 10 ist zwischen ersten und zweiten Strömungswegen C1 und C2 vorgesehen. Das Gehäuseoberteil 40a enthält das Druckstück 60, drückt den Umfangsabschnitt der Membran 20a gegen den Ventilkörper 10 und ist an dem Ventilkörper 10 durch Schrauben 30 und Muttern 50 befestigt. Der innere Abschnitt der Membran 20a ist an dem Druckstück 60 befestigt und das Druckstück 60 bewegt sich innerhalb des Gehäuseoberteils 40a auf und ab. Die Membran 20a kann somit zwischen dem offenen Zustand S1, der mit dem Ventilkörper 10 einen Verbindungskanal des Fluids zwischen den Strömungswegen C1 und C2 bildet, und dem geschlossenen Zustand S2, der den Verbindungskanal zwischen den Strömungswegen C1 und C2 schließt, umgeschaltet werden.
Von den Komponenten des Membranventils 100a kommen nur der Ventilkörper 10 und die Membran 20a mit dem Fluid in Kontakt. Der Antriebsmechanismus einschließlich des Druckstücks 60 ist von dem Verbindungskanal isoliert. Ein solches Membranventil hat Vorteile darin, dass das Fluid, das nicht mit dem Antriebsmechanismus in Kontakt kommt, nicht verunreinigt wird und der Antriebsmechanismus, der nicht mit dem Fluid in Kontakt kommt, nicht beschädigt wird. Membranventile finden deshalb in pharmazeutischen Fabriken, Halbleiterfabriken, chemischen Fabriken und dergleichen eine breite Verwendung.
Die Membran 20a umfasst einen Kissengummi 20c und ein Dichtungselement 20s. Das Dichtungselement 20s besteht aus PTFE (Polytetrafluorethylen), das ein Fluorharz mit guter chemischer Beständigkeit ist. Der Kissengummi 20c besteht aus einem Material mit einem kleineren Elastizitätsmodul als das Dichtungselement 20s und bewirkt somit, dass die Membran 20a den Ventilkörper 10 ohne Lücke eng abschließt, selbst wenn geringfügige individuelle Unterschiede in der Form des Ventilkörpers 10 oder des Druckstücks 60 bestehen.
Um ein Austreten des Fluids aus dem Membranventil 100a durch Erreichen einer äußeren Abdichtung zu verhindern, ist es wichtig, einen Dichtungskontaktdruck zwischen dem Umfangsabschnitt der Membran 20a und dem Ventilkörper 10 sicherzustellen. Der Dichtungskontaktdruck wird durch eine Gegenkraft, die durch Kompression des Kissengummis 20c verursacht wird, indem die Schrauben 30 und Muttern 50 festgezogen werden, erreicht.
8B zeigt eine Graphik, in der eine Änderung der Gegenkraft in dem Kissengummi 20c dargestellt ist. Die horizontale Achse von 8B zeigt die verstrichene Zeit T in einer logarithmischen Skala vom Zeitpunkt des Anziehens der Schrauben 30 und der Muttern 50 und die vertikale Achse zeigt die Gegenkraft F. Die polygonale Linie F1 zeigt Eigenschaften nach einem erstmaligen Anziehen und die gerade Linie F2 zeigt den Verlauf nach dem zweiten Anziehen. Die durch die Kompression des Kissengummis 20c verursachte Gegenkraft F nimmt unmittelbar nach dem erstmaligen Anziehen schnell ab. Die Verringerung der Gegenkraft F wird dann ungefähr 1 Stunde nach dem erstmaligen Anziehen abgemildert und verläuft im Wesentlichen proportional zu einem Logarithmus der verstrichenen Zeit T. Nachdem die Verringerung der Gegenkraft F abgemildert wurde, wird das zweite Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 mit dem gleichen Drehmoment wie beim erstmaligen Anziehen durchgeführt. Die Gegenkraft F erholt sich somit bis zu einem gewissen Grad und verringert sich dann im Wesentlichen proportional zu einem Logarithmus der verstrichenen Zeit T, anstatt sich schnell zu verringern. Daher beinhaltet ein Zusammenbauprozess des Membranventils 100a vorzugsweise das erstmalige Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 mit einem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment und dann beispielsweise 4 Stunden später ein zweites Anziehen mit dem vorgeschriebenen Anzugsdrehmoment.
Allerdings kann die Notwendigkeit der zwei Phasen des Anziehens der Schrauben 30 und Muttern 50 zu getrennten Zeiten, um den Dichtungskontaktdruck sicherzustellen, einen komplexen Montageprozess und eine Verringerung der Installationseffizienz verursachen.
Das Erhöhen des Anzugsdrehmoments der Schrauben 30 und der Muttern 50 kann den Dichtungskontaktdruck zwischen dem Umfangsabschnitt der Membran 20a und dem Ventilkörper 10 verbessern und die äußere Dichtungsleistung verbessern.
Allerdings kann ein übermäßiges Anzugsdrehmoment der Schrauben 30 und Muttern 50 bewirken, dass sich der Kissengummi 20c ausdehnt, die Gegenkraft F reduziert wird und der Dichtungskontaktdruck zwischen dem Umfangsabschnitt der Membran 20a und dem Ventilkörper 10 abnimmt. 8C bis 8E sind jeweils eine vergrößerte Ansicht eines umschlossenen Abschnitts VIIICDE von 8A. Besonders 8C zeigt einen Zustand, in dem das Anziehen der Schrauben 30 und der Muttern 50 noch nicht erfolgt ist, 8D zeigt einen Zustand, in dem das Anziehen mit dem richtigen Drehmoment erfolgt ist, und 8E zeigt einen Zustand, in dem mit übermäßigem Drehmoment angezogen wurde. Das Anziehen mit dem richtigen Drehmoment bewirkt, dass sich der Kissengummi 20c leicht verformt und ausdehnt, jedoch eine angemessene Gegenkraft F erreicht wird. Das Anziehen mit dem übermäßigen Drehmoment bewirkt, dass sich der Kissengummi 20c deutlich ausdehnt und die geeignete Gegenkraft F nicht erreicht wird.
Japanische Patentveröffentlichung Nr. S60-14232 B offenbart ein Membranventil mit einer Membran 2, das eine Abstufung entlang des Umfangsabschnitts aufweist, wobei die Abstufung einen äußeren dünnen Dichtungsabschnitt 2b und einen inneren dicken Abschnitt 2c bereitstellt. 9A bis 9C zeigen einige Figuren aus Patentdokument 1. Gemäß Patentdokument 1 hindert der dünne Dichtungsabschnitt 2b in der Peripherie der Membran 2 die Membran 2 daran, sich radial nach außen zu erstrecken, wenn Schrauben 3 und Muttern 5 angezogen werden. Dementsprechend wird eine Stabilität bei der Anziehspannung des Dichtungsabschnitts 2b erreicht.
Wie in 9A und 9B gezeigt, ist im Patentdokument 1 ein Dichtband 2a vorgesehen, das eine Abdichtung der Membran 2 und des Ventilkörpers 1 an dem dicken Abschnitt 2c bildet.
Um jedoch ein Dichten mit dem Dichtband 2a zu erreichen, ist es notwendig, den dicken Abschnitt 2c einschließlich des Dichtbands 2a in die inneren Abstufung 4c des Gehäuseoberteils 4 zu pressen, um eine ausreichende Gegenkraft F in dem dicken Abschnitt 2c zu erzeugen. Das Anziehen der Schrauben 3 und der Muttern 5 mit einem hohen Anzugsdrehmoment sorgt für einen hohen Dichtungskontaktdruck in dem Dichtungsabschnitt 2b der Membran 2. Jedoch kann ein Teil des dicken Abschnitts 2c der Membran 2 nach innen hineinquellen, was dazu führt, dass sich Gegenkraft F in dem dicken Abschnitt 2c verringert. Auf diese Weise kann der Dichtungskontaktdruck auf das Dichtband 2a zu gering sein. 9D ist eine vergrößerte Ansicht eines umschlossenen Abschnitts IXD von 9A, die eine Situation zeigt, in der ein Teil des dicken Abschnitts 2c durch ein hohes Anzugsdrehmoment nach innen quillt.
Vorangehende Aufgaben werden durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

1 ist eine Schnittdarstellung eines Membranventils 100 gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Draufsicht auf einen in 1 gezeigten Ventilkörper 10.
3A ist eine Draufsicht auf eine in 1 gezeigte Membran 20.
3B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie IIIB-IIIB von 3A.
3C ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie IIIC-IIIC von 3A.
3D ist eine Untersicht der Membran 20.
4 ist eine Schnittdarstellung, die die Dicken der entsprechenden Teile der Membran 20 zeigt.
5A und 5B zeigen einen Teilschnitt eines in 1 gezeigten Gehäuseoberteils 40.
5C ist eine Untersicht des Gehäuseoberteils 40.
6A und 6B sind jeweils Schnittdarstellungen einer Kombination der Membran 20 und des Gehäuseoberteils 40.
7 zeigt eine Darstellung, in der Umrisse eines ersten Abschnitts 21 und eines Dichtbands SB der Membran 20 und der Umriss eines Druckstücks 60 in einer -Z-Richtung vorstehen und überlagert sind.
8A ist eine Schnittdarstellung des herkömmlichen Membranventils 100a.
8B ist ein Graph, der den Wechsel in der Gegenkraft in dem Kissengummi 20c zeigt.
8C bis 8E sind jeweils eine vergrößerte Ansicht des umschlossenen Abschnitts VI IICDE in 8A.
8C zeigt einen Zustand, in dem das Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 noch nicht erfolgt ist.
8D zeigt einen Zustand, in dem das Anziehen mit dem richtigen Drehmoment durchgeführt wurde.
8E zeigt einen Zustand, in dem ein Anziehen mit dem übermäßigen Drehmoment durchgeführt wurde.
9A bis 9C zeigen einige Figuren aus JP S60-14232 B.
9D ist eine vergrößerte Ansicht des umschlossenen Abschnitts IXD von 9A, die eine Situation zeigt, in der ein Teil des dicken Abschnitts 2c durch das zu hohe Anzugsdrehmoment nach innen hineinquillt.

1. Membranventil 100
1 ist eine Schnittdarstellung eines Membranventils 100. Die rechte Hälfte von 1 zeigt einen offenen Zustand S1 und die linke Hälfte zeigt einen geschlossenen Zustand S2. Der offene Zustand S1 entspricht dem ersten Zustand der vorliegenden Erfindung und der geschlossene Zustand S2 entspricht dem zweiten Zustand der vorliegenden Erfindung. Das Membranventil 100 unterscheidet sich von dem herkömmlichen Membranventil 100a insofern, dass das Membranventil 100 eine Membran 20 und ein Gehäuseoberteil 40 anstelle der in 8A gezeigten Membran 20a und des Gehäuseoberteils 40a umfasst. Die Membran 20 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D und 4 beschrieben und das Gehäuseoberteil 40 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C beschrieben.
Die Strömungsrichtung des Fluids im Ventilkörper 10 wird nachstehend als X- oder -X-Richtung bezeichnet. Die Auf- und Ab-Bewegungsrichtung des Druckstücks 60 in dem Gehäuseoberteil 40 wird im Folgenden als Z- oder -Z-Richtung bezeichnet. Die X- und Z-Richtungen verlaufen senkrecht zueinander. Die Richtung, die senkrecht zu sowohl zu der X- als auch der Z-Richtung verläuft, wird im Folgenden als eine Y- oder -Y-Richtung bezeichnet. 1 zeigt einen Schnitt des Membranventils 100, wobei der Schnitt in Y-Richtung gesehen parallel zu einer XZ-Ebene verläuft.
Der Ventilkörper 10 befindet sich zwischen den ersten und zweiten Strömungswegen C1 und C2. Die Membran 20 kann zwischen dem offenen Zustand (S1), in dem die Membran 20 mit dem Ventilkörper 10 einen Verbindungskanal des Fluids zwischen den Strömungswegen C1 und C2 bildet, und dem geschlossenen Zustand (S2), in dem die Membran 20 den Verbindungskanal zwischen den Strömungswegen C1 und C2 schließt, umgeschaltet werden. Das Gehäuseoberteil 40 enthält das Druckstück 60, drückt den Umfangsabschnitt der Membran 20 gegen den Ventilkörper 10 und ist mit den Schrauben 30 und Muttern 50 an dem Ventilkörper 10 befestigt. Das Druckstück 60 bewegt sich in dem Gehäuseoberteil 40 gemäß der Bedienung einer Gewindespindel 70, die beispielsweise über einen Griff 90 bewegt wird, auf und ab. Das sich auf und ab bewegende Druckstück 60, das an dem inneren Abschnitt der Membran 20 befestigt ist, übt eine Druckkraft aus, die die Membran 20 gegen den Dichtsteg 103 des Ventilkörpers 10 drückt, um den geschlossenen Zustand S2 zu verwirklichen und gibt die Druckkraft frei, um den offenen Zustand S1 zu verwirklichen. Zwischen der Spindel 70 und dem Druckstück 60 ist eine Druckscheibe 180 vorgesehen, wobei die Spindel 70 durch die Betätigung des Handgriffs 90 gedreht wird, während das Druckstück 60 nicht gedreht wird.
2. Ventilkörper 10
2 ist eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Ventilkörper 10. 2 ist eine Außenansicht des Ventilkörpers 10 aus -Z-Richtung, d. h. entgegen der Z-Richtung. Der Ventilkörper 10 beinhaltet eine Öffnung 101, die mit dem Strömungsweg C1 kommuniziert, eine Öffnung 102, die mit dem Strömungsweg C2 kommuniziert, und einen Dichtsteg 103, der zwischen den Öffnungen 101 und 102 positioniert ist.
3. Membran 20
3A ist eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Membran 20. 3A ist eine Außenansicht der Membran 20 aus -Z-Richtung, d. h. entgegen der Z-Richtung. 3B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie IIIB-IIIB in 3A. 3C ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie IIIC-IIIC in 3A. In den 3B und 3C wurde auf eine Schraffur zum Zeigen des Schnitts verzichtet. 3D ist eine Untersicht der Membran 20. 3D ist eine Außenansicht der Membran 20 in Z-Richtung, oder eine umgedrehte Ansicht der Membran 20 von 3A.
Die Membran 20 umfasst einen Kissengummi 20c und ein Dichtungselement 20s. In dem Kissengummi 20c ist eine Basisgewebeschicht BF vorgesehen. Die Materialien des Kissengummis 20c und des Dichtungselements 20s können wie in Bezug auf 8A beschrieben im Wesentlichen die gleichen sein. Das Dichtungselement 20s hat ein Dichtband SB und eine Berührungslinie TL, wobei das Dichtband SB ein ringförmig geformter Vorsprung ist, wobei die Berührungslinie TL ein Vorsprung ist, der entlang des Durchmessers in Y-Richtung des Dichtbands SB linear geformt ist.
Die Membran 20 wird wie im Folgenden beschrieben gegen den Ventilkörper 10 gepresst, um das Membranventil 100 zu bilden. Das heißt, dass das Dichtband SB gegen einen Bereich gepresst und daran befestigt wird, der sowohl die Öffnungen 101 als auch 102 des in 2 gezeigten Ventilkörpers 10 umgibt und damit die äußere Abdichtung des Membranventils 100 erzielt. Das Aufbringen einer Druckkraft, die die Berührungslinie TL gegen den zwischen den Öffnungen 101 und 102 positionierten Dichtsteg 103 drückt, bewirkt, dass der Kanal zwischen den Öffnungen 101 und 102 geschlossen wird und verwirklicht den geschlossenen Zustand (S2). Das Lösen der Druckkraft, die die Berührungslinie TL drückt, verwirklicht den offenen Zustand (S1).
Die Membran 20 umfasst einen ersten Abschnitt 21 mit einer ersten Dicke T1 und einer gekrümmten Plattenform. Die Membran 20 umfasst auch einen zweiten Abschnitt 22, der den ersten Abschnitt 21 umgibt, wobei der zweite Abschnitt 22 eine zweite Dicke T2 aufweist, die geringer als die erste Dicke T1 ist, und eine ebene Plattenform hat. Der Kissengummi 20c und das Dichtungselement 20s sind in einer Richtung der ersten und zweiten Dicke T1 und T2 übereinander angeordnet. Ein erster Teil des Kissengummis 20c und ein erster Teil des Dichtungselements 20s bilden den ersten Abschnitt 21 mit der Dicke T1. Ein zweiter Teil des Kissengummis 20c und ein zweiter Teil des Dichtungselements 20s bilden den zweiten Abschnitt 22 mit der Dicke T2. Da die Dicke T1 des ersten Abschnitts 21 größer ist als die Dicke T2, kann die Berührungslinie TL den Dichtsteg 103 ohne Lücke eng abschließen und den geschlossenen Zustand (S2) verwirklichen, selbst wenn geringfügige individuelle Unterschiede in der Form des Ventilkörpers 10 oder des Druckstücks 60 bestehen.
Das Dichtband SB ist auf dem zweiten Abschnitt 22 ausgebildet und umgibt den ersten Abschnitt 21. Damit durch Pressen des Dichtbands SB gegen den Ventilkörper 10 die äußere Abdichtung erreicht wird, muss entsprechend nur die Dicke T2 des zweiten Abschnitts 22, die geringer ist, als die Dicke T1, gegen den Ventilkörper 10 gepresst werden, während der erste Abschnitt 21 mit der Dicke T1 nicht gegen den Ventilkörper 10 gepresst werden muss. Das Pressen des zweiten Abschnitts 22 mit der Dicke T2 bewirkt nicht, dass der Kissengummi 20c sich signifikant nach Außen ausdehnt, und somit kann ein höheres Anzugsdrehmoment auf die Schrauben 30 und Muttern 50 aufgewendet werden. Ferner wird sogar unmittelbar nach dem erstmaligen Anziehen eine schnelle Verringerung der Gegenkraft in dem Kissengummi 20c an dem zweiten Abschnitt 22 mit der Dicke T2 abgemildert und somit das erneute Anziehen unnötig.
4 ist eine Schnittdarstellung, die die Dicken der jeweiligen Teile der Membran 20 zeigt. 4 zeigt denselben Teil wie in 3C, allerdings werden einige Bezugszeichen weggelassen. Wie in 3C wird in 4 eine Schraffur zur Darstellung des Schnitts ebenfalls weggelassen. Der erste Teil des Kissengummis 20c, der den ersten Abschnitt 21 bildet, hat eine Dicke Tc1, und der zweite Teil des Kissengummis 20c, der den zweiten Abschnitt 22 bildet, hat eine Dicke Tc2. Der erste Teil des Dichtungselements 20s, der den ersten Abschnitt 21 bildet, hat eine Dicke Ts1, und der zweite Teil des Dichtungselements 20s, der den zweiten Abschnitt 22 bildet, hat eine Dicke Ts2.
Die Dicke Tc1 ist größer als die Dicke Tc2, und die Differenz Tc1 - Tc2 zwischen den Dicken Tc1 und Tc2 ist größer als die Differenz |Ts1 - Ts2| zwischen den Dicken Ts1 und Ts2. Die Dicken Ts1 und Ts2 können gleich sein. Die große Dicke Tc1 des ersten Teils des Kissengummis 20c, deren erster Teil den ersten Abschnitt 21 bildet, der durch das Druckstück 60 gegen den Ventilkörper 10 gedrückt wird, bewirkt, dass die Membran 20 den Ventilkörper 10 ohne Lücke eng abschließt, selbst wenn es in der Form des Ventilkörpers 10 oder des Druckstücks 60 geringfügige individuelle Unterschiede gibt. Die geringe Dicke Tc2 des zweiten Teils des Kissengummis 20c, deren zweiter Teil den zweiten Abschnitt 22 bildet, der durch das Gehäuseoberteil 40 gegen den Ventilkörper 10 gedrückt wird, ermöglicht hohen Dichtungskontaktdruck, der durch Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 mit einem hohen Anzugsmoment bereitgestellt wird.
Die Dicke Tc2 des zweiten Teils des Kissengummis 20c, der den zweiten Abschnitt 22 bildet, ist kleiner als die Dicke Tc1 des ersten Teils des Kissengummis 20c, der den ersten Abschnitt 21 bildet, und größer als die Dicke Ts2 des zweiten Teils des Dichtungselements 20s, der den zweiten Abschnitt 22 bildet. Die Dicke Tc2, die geringer ist als die Dicke Tc1, ermöglicht einen hohen Dichtungskontaktdruck, der durch Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 mit einem hohen Anzugsmoment bereitgestellt wird. Die Dicke Tc2, die größer ist als die Dicke Ts2, kann die Stärke des Kissengummis 20c sicherstellen.
Die Dicke Tc2 des zweiten Teils des Kissengummis 20c, der den zweiten Abschnitt 22 bildet, beträgt die Hälfte oder weniger als die Hälfte der Dicke Tc1 des ersten Teils des Kissengummis 20c, der den ersten Abschnitt 21 bildet. Die Dicke Tc2, die die Hälfte oder weniger als die Hälfte der Dicke Tc1 beträgt, kann einen hohen Dichtungskontaktdruck ermöglichen, der durch Anziehen der Schrauben 30 und Muttern 50 mit einem hohen Anzugsdrehmoment bereitgestellt wird.
4. Gehäuseoberteil 40
5A und 5B zeigen Teilschnitte des in 1 gezeigten Gehäuseoberteils 40. Die linke Hälfte von 5A ist eine Außenansicht des in Y-Richtung gesehenen Gehäuseoberteils 40, während die rechte Hälfte eine Schnittdarstellung des Gehäuseoberteils 40 ist, wobei der Schnitt in Y-Richtung gesehen parallel zur XZ-Ebene verläuft. Die linke Hälfte von 5B ist eine Außenansicht des in -X-Richtung, d. h. entgegen der X-Richtung gesehenen Gehäuseoberteils 40, während die rechte Hälfte eine Schnittdarstellung des Gehäuseoberteils 40 ist, wobei der Schnitt, der parallel zur YZ-Ebene verläuft, in -X-Richtung, d. h. entgegen der X-Richtung gesehen wird. 5C ist eine Untersicht des in Z-Richtung gesehenen Gehäuseoberteils 40.
Das Gehäuseoberteil 40 hat vier Schraubenlöcher 40h. Wie in 2 gezeigt wird, hat der Ventilkörper 10 auch vier Schraubenlöcher 10h in den entsprechenden Positionen. Wie in den 3A und 3D gezeigt wird, hat die Membran 20 ebenfalls vier Schraubenlöcher 20h an den entsprechenden Positionen. Vier Schrauben 30 durchdringen jeweils die Schraubenlöcher 10h, 20h und 40h und werden durch eine Mutter 50 festgezogen.
Die Anzahl der Schraubenlöcher und der hier beschriebenen Schrauben sind bloß ein Beispiel. Je größer die Membran 20 ist, desto mehr Schraubenlöcher und Schrauben können erforderlich sein.
Das Gehäuseoberteil 40 umfasst einen röhrenförmigen Abschnitt 41, der das Druckstück 60 enthält. Der röhrenförmige Abschnitt 41 hat eine Druckfläche 42, die den zweiten Abschnitt 22 der Membran 20 in -Z-Richtung, d. h. entgegen der Z-Richtung gegen den Ventilkörper 10 drückt. Der röhrenförmige Abschnitt 41 weist auch eine innere Abstufung 43 auf, die weiter innen als die Druckfläche 42 vorgesehen ist, um einen Teil des ersten Abschnitts 21 der Membran 20 aufzunehmen. Die Tiefe G der inneren Abstufung 43 in der -Z-Richtung ist größer als die Differenz T1-T2 zwischen den Dicken T1 und T2 der ersten und zweiten Abschnitte 21 und 22 der Membran 20. Wenn daher die Druckfläche 42 auf den zweiten Abschnitt 22 drückt, kann der Druck auf den ersten Abschnitt 21 von der inneren Abstufung 43 gemildert werden und es kann ein hoher Dichtungskontaktdruck auf den zweiten Abschnitt 22 ausgeübt werden. Die -Z-Richtung entspricht der Druckrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die innere Abstufung 43 umfasst einen ersten Stufenabschnitt 431, der entlang einem Teil der Gratlinie, die durch die Druckfläche 42 und die innere Umfangsfläche des röhrenförmigen Abschnitts 41 des Gehäuseoberteils 40 gebildet wird, verläuft, und einen zweiten Stufenabschnitt 432, der entlang einem anderen Teil der Gratlinie verläuft. Da die ersten und zweiten Stufenabschnitte 431 und 432 voneinander beabstandet sind, ist das Druckstück 60 in der Lage, den ersten Abschnitt 21 der Membran 20 durch die Lücke zwischen den ersten und zweiten Stufenabschnitten 431 und 432 zu drücken. Dementsprechend kann die gesamte Länge der Berührungslinie TL (siehe 3D), die sich in Y-Richtung erstreckt, den Ventilkörper 10 eng berühren und den Verbindungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg C1 und C2 sicher schließen.
5. Anordnung von Membran 20 und Gehäuseoberteil 40
6A und 6B zeigen jeweils Schnittdarstellungen von Kombinationen der Membran 20 und des Gehäuseoberteils 40. 6A ist eine Schnittdarstellung der Membran 20 und des Gehäuseoberteils 40, wobei der Schnitt parallel zur XZ-Ebene gesehen in der Y-Richtung verläuft. 6B ist eine andere Schnittdarstellung der Membran 20 und des Gehäuseoberteils 40, wobei der Schnitt parallel zur YZ-Ebene gesehen in -X-Richtung, d. h. entgegen der X-Richtung verläuft. Auf eine Schraffur zur Darstellung des Schnitts der Membran 20 wurde verzichtet.
Wie in den 6A und 6B gezeigt wird, ist das an der Membran 20 ausgebildete Dichtband SB zwischen der Druckfläche 42 und dem Ventilkörper 10 positioniert, wobei die Druckfläche 42 außerhalb der inneren Abstufung 43 des Gehäuseoberteils 40 vorgesehen ist. Da es kein Dichtband SB zwischen der inneren Abstufung 43 und dem Ventilkörper 10 gibt, ist es nicht erforderlich, dass die innere Abstufung 43 auf die Membran 20 drückt. Dementsprechend werden sogar die Schrauben 30 und Muttern 50 angezogen und die Membran 20 wird durch die Druckfläche 42 gepresst, wobei sich die Membran 20 nicht nach innen aus der inneren Abstufung 43 heraus erstreckt und die Verringerung der Gegenkraft abgemildert.
6. Anordnung von Membran 20 und Druckstück 60
7 zeigt eine Ansicht, in der Umrisse eines ersten Abschnitts 21 und eines Dichtbands SB der Membran 20 und der Umriss des Druckstücks 60 in der -Z-Richtung, d. h. entgegen der Z-Richtung vorstehen und überlagert sind. 7 zeigt nur die Außenkanten 21p, SBp und 60p des ersten Abschnitts 21, des Dichtbands SB bzw. des Druckstücks 60.
Wie in 7 gezeigt wird, liegt die Außenkante 21p des ersten Abschnitts 21 weiter außen als die Außenkante 60p des Druckstücks 60 und weiter innen als die Außenkante SBp des Dichtbands SB. Dementsprechend drückt das Druckstück 60 keinen Bereich außerhalb des äußeren Rands 21p des ersten Abschnitts 21, sondern drückt einen Bereich innerhalb des äußeren Rands 21p. Der innere Abschnitt der Membran 20, der durch das Druckstück 60 gepresst wird, hat die erste Dicke T1 und der Umfangsabschnitt der Membran 20, auf dem das Dichtband SB ausgebildet ist, hat die zweite Dicke T2, die geringer als die erste Dicke T1 ist. In dem Abschnitt mit der ersten Dicke T1 kann das Druckstück 60 bewirken, dass die Membran 20 an dem Ventilkörper 10 ohne Lücke eng anliegt. In dem Abschnitt mit der zweiten Dicke T2 kann die Membran 20 stark gegen den Ventilkörper 10 gedrückt werden, um einen hohen Dichtungskontaktdruck bereitzustellen.
7. Sonstiges
Die Membran 20 in der oben beschriebenen Ausführungsform enthält das Dichtungselement 20s aus PTFE, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Der Kissengummi 20c und das Dichtungselement 20s können durch einen einstückig geformten Gummi ersetzt werden.
Das Druckstück 60 in der oben beschriebenen Ausführungsform bewegt sich auf und ab, indem die Spindel 70 durch den Griff 90 gedreht wird, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Das Membranventil 100 kann einen Antriebsmechanismus umfassen, der durch Luftdruck oder elektrische Energie angetrieben wird.
Bezugszeichenliste

10: Ventilkörper
10h: Schraubenlöcher
100: Membranventil
100a: herkömmlichen Membranventil
101: Öffnung
102: Öffnung
103: Dichtsteg
20: Membran
20a: Membran
20c: Kissengummi
20h: Schraubenlöcher
20s: Dichtungselement
21: erster Abschnitt
21p: Außenkanten
22: zweiter Abschnitt
30: Schrauben
40: Gehäuseoberteil
40a: Gehäuseoberteil
40h: Schraubenlöcher
41: röhrenförmiger Abschnitt
42: Druckfläche
43: innere Abstufung
431: erster Stufenabschnitt
432: zweiter Stufenabschnitt
50: Muttern
60: Druckstück
60p: Außenkante
70: Gewindespindel
90: Griff
180: Druckscheibe
BF: Basisgewebeschicht
G: Tiefe
C1, C2: Strömungsweg
S1: offener Zustand
S2: geschlossener Zustand
SB: Dichtband
SBp: Außenkante
Tc1, Tc2, Ts1, Ts2: Dicke
TL: Berührungslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP S6014232 B [0011]
JP S6014232 [0015]

Claims

Membran (20), die gegen einen Ventilkörper (10) gepresst wird und ein Membranventil (100) bildet, mit: einem ersten Abschnitt (21) mit einer ersten Dicke und einer gekrümmten Plattenform; und einem zweiten Abschnitt (22), der den ersten Abschnitt (21) umgibt, wobei der zweite Abschnitt eine zweite Dicke aufweist, die geringer als die erste Dicke ist, um eine Abstufung zu bilden und die eine ebene Plattenform aufweist, wobei der zweite Abschnitt (22) ein Dichtband (SB) umfasst, das den ersten Abschnitt (21) umgibt.
Membran (20) gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Kissengummi (20c) und einem Dichtungselement (20s), die in einer Richtung der ersten und zweiten Dicke übereinander angeordnet sind, wobei ein erster Teil des Kissengummis (20c) und ein erster Teil des Dichtungselements (20s) den ersten Abschnitt (21) bilden, ein zweiter Teil des Kissengummis (20c) und ein zweiter Teil des Dichtungselements (20s) den zweiten Abschnitt (22) bilden, und einer Differenz zwischen einer Dicke des ersten Teils des Kissengummis (20c) und einer Dicke des zweiten Teils des Kissengummis (20c), die größer ist als eine Differenz zwischen einer Dicke des ersten Teils des Dichtungselements (20s) und einer Dicke des zweiten Teils der Dichtungselements (20s).
Membran (20) gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Kissengummi (20c) und einem Dichtungselement (20s), die in einer Richtung der ersten und zweiten Dicke übereinander angeordnet sind, wobei ein erster Teil des Kissengummis (20c) und ein erster Teil des Dichtungselements (20s) den ersten Abschnitt (21) bilden, ein zweiter Teil des Kissengummis (20c) und ein zweiter Teil des Dichtungselements (20s) den zweiten Abschnitt (22) bilden, und eine Dicke des zweiten Teils des Kissengummis (20c) geringer ist als die Dicke des ersten Teils des Kissengummis (20c) und größer als eine Dicke des zweiten Teils des Dichtungselements (20s).
Membran (20) gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Kissengummi (20c) und einem Dichtungselement (20s), die in einer Richtung der ersten und zweiten Dicke übereinander angeordnet sind, wobei ein erster Teil des Kissengummis (20c) und ein erster Teil des Dichtungselements (20s) den ersten Abschnitt (21) bilden, ein zweiter Teil des Kissengummis (20c) und ein zweiter Teil des Dichtungselements (20s) den zweiten Abschnitt (22) bilden, und eine Dicke des zweiten Teils des Kissengummis (20c) die Hälfte oder weniger als die Hälfte einer Dicke des ersten Teils des Kissengummis (20c) beträgt.
Membranventil (100) mit: einem Ventilkörper (10), der zwischen ersten und zweiten Strömungswegen (C1, C2) vorgesehen ist; einer Membran (20) mit ersten und zweiten Abschnitten (21, 22), wobei der erste Abschnitt (21) eine erste Dicke und eine gekrümmte Plattenform aufweist, der zweite Abschnitt (22) den ersten Abschnitt (21) umgibt, der zweite Abschnitt (22) eine zweite Dicke aufweist, die geringer als die erste Dicke ist, um eine Abstufung zu bilden, und die eine ebene Plattenform aufweist, wobei der zweite Abschnitt (22) ein den ersten Abschnitt (21) umgebendes Dichtband (SB) enthält, wobei die Membran (20) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand (S1, S2) umgeschaltet werden kann, wobei die Membran (20) im ersten Zustand (S1) mit dem Ventilkörper (10) einen Verbindungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg (C1, C2) bildet, wobei die Membran (20) im zweiten Zustand (S2) den Verbindungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg (C1, C2) schließt; einem Druckstück (60), das konfiguriert ist, eine Druckkraft auszuüben, die den ersten Abschnitt (21) gegen den Ventilkörper (10) in einer Druckrichtung drückt, um die Membran (20) in den zweiten Zustand (S2) zu schalten, und das konfiguriert ist, die Druckkraft zu lösen, die den ersten Abschnitt (21) gegen den Ventilkörper (10) drückt, um die Membran (20) in den ersten Zustand (S1) zu schalten; und einem Gehäuseoberteil (40), das konfiguriert ist, den zweiten Abschnitt (22) gegen den Ventilkörper (10) zu drücken.
Membranventil (100) gemäß Anspruch 5, wobei das Gehäuseoberteil (40) einen röhrenförmigen Abschnitt (41) umfasst, der das Druckstück (60) enthält, wobei der röhrenförmige Abschnitt (41) eine Druckfläche (42) und eine innere Abstufung (43) aufweist, wobei die Druckfläche (42) den zweiten Abschnitt (22) gegen den Ventilkörper (10) drückt, wobei die innere Abstufung (43) innerhalb der Druckfläche (42) liegt und einen Teil des ersten Abschnitts (21) enthält, wobei die innere Abstufung (43) eine Tiefe in der Pressrichtung aufweist, die größer als eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Dicke ist.
Membranventil (100), mit: einem Ventilkörper (10), der zwischen ersten und zweiten Strömungswegen (C1, C2) vorgesehen ist; einer Membran (20) mit ersten und zweiten Abschnitten (21, 22), wobei der erste Abschnitt (21) eine erste Dicke aufweist, der zweite Abschnitt (22) den ersten Abschnitt (21) umgibt, der zweite Abschnitt (22) eine zweite Dicke aufweist, die geringer als die erste Dicke ist, um eine Abstufung zu bilden, wobei die Membran (20) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand (S1, S2) umgeschaltet werden kann, wobei die Membran (20) im ersten Zustand (S1) mit dem Ventilkörper (10) einen Verbindungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg (C1, C2) bildet, wobei die Membran (20) im zweiten Zustand (S2) den Verbindungskanal zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg (C1, C2) schließt; einem Druckstück (60), das konfiguriert ist, eine Druckkraft auszuüben, die den ersten Abschnitt (21) gegen den Ventilkörper (10) in einer Druckrichtung drückt, um die Membran (20) in den zweiten Zustand (S2) zu schalten, und das konfiguriert ist, die Druckkraft zu lösen, die den ersten Abschnitt (21) gegen den Ventilkörper (10) drückt, um die Membran (20) in den ersten Zustand (S1) zu schalten; und einem Gehäuseoberteil (40), das einen röhrenförmigen Abschnitt (41) enthält, der das Druckstück (60) enthält, wobei der röhrenförmige Abschnitt (41) eine Druckfläche (42) und eine innere Abstufung (43) aufweist, wobei die Druckfläche (42) den zweiten Abschnitt (22) gegen den Ventilkörper (10) drückt, wobei die innere Abstufung (43) einen Teil des ersten Abschnitts (21) enthält, wobei die innere Abstufung (43) eine Tiefe in Druckrichtung aufweist, die größer ist als eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Dicke.
Membranventil (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Membran (20) ein Dichtband (SB), das zwischen der Druckfläche (42) und dem Ventilkörper (10) vorgesehen ist umfasst, wobei die Druckfläche (42) außerhalb der inneren Abstufung liegt.
Membranventil (100) gemäß Anspruch 8, wobei, wenn eine Form der Membran (20) und eine Form des Druckstücks (60) in der Druckrichtung projiziert werden und übereinander liegen, eine Außenkante des ersten Abschnitts weiter außen als eine Außenkante des Druckstücks (60) und weiter innen als eine Außenkante des Dichtbands (SB) positioniert ist.
Membranventil (100) gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, wobei die innere Abstufung (43) einen ersten und einen zweiten Stufenabschnitt (431, 432) umfasst, wobei der erste Stufenabschnitt (431) entlang einem Teil einer durch die Druckfläche (42) und eine innere Umfangsfläche des Gehäuseoberteils (40) gebildeten Gratlinie verläuft, wobei der zweite Stufenabschnitt (432) entlang einem anderen Teil der Gratlinie verläuft und wobei die ersten und zweiten Stufenabschnitte (431, 432) voneinander beabstandet sind.