DE10223824A1

DE10223824A1 - Membranventil

Info

Publication number: DE10223824A1
Application number: DE2002123824
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: DE10223824B4

Abstract

Es wird ein Membranventilkörper zur steuerbaren Mediumströmung angegeben. Dieser Membranventilkörper besitzt als Anschlußenden mindestens zwei Rohrstutzen (2) mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Im Membranventilkörper ist mindestens ein Sitz (3) angeordnet, der das schaltende Dichtelement (Membrane) aufnimmt. Der als Sitztasche (4) bezeichnete Übergang zwischen dem Rohrstutzen (2) und dem Sitz (3) wird im wesentlichen durch die Mantelfläche (13) eines extrudierten Körpers (9) gebildet.

Description

Zur Steuerung des Flußes eines Mediums, z. B. einer Flüssigkeit, durch eine Rohrleitung kann z. B. ein Membranventil verwendet werden. Mit einem solchen Membranventil kann die Durchflußmenge und/oder die Durchflußgeschwindigkeit gesteuert werden. Die Erfindung befaßt sich mit der Gestaltung eines Membranvetilkörpers.
Ein Membranventilkörper besteht im wesentlichen aus mindestens zwei rohrförmigen Rohrstutzen (Anschlußenden) mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und mindestens einem für das schaltbare Dichtelement (Membrane) notwendigen, meist rotationssymmetrischem Sitz.
Ein Ventilkörper, welcher dem heutigen Stand der Technik entspricht, besitzt zu jedem Rohrstutzen eine Sitztasche, die den Übergang zwischen dem mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ausgestatteten Rohrstutzen und dem Sitzsteg darstellt.
Die Gestaltung der Sitztasche(n) beeinflußt wesentlich die Eigenschaften des Membranventils. Von deren Form hängt folgende Faktoren wesentlich ab:

- die Strömungsverluste des durch das Ventil strömenden Mediums
- die Reinigbarkeit des Ventils
- ob das Ventil für den Einsatz in Anlagen der Pharma - und Lebensmittelindustrie geeignet ist
- die Herstellkosten eines Membranventils.

Desweiteren sind die heute bekannten Konstruktionsverfahren der Sitztaschen kompliziert und aufwendig.
Außerdem ist die Montage der heute bekannten Membranventilkörper unter Einhaltung der vom Ventilhersteller vorgeschriebenen Einbautage in die Antagen sehr aufwendig.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Membranventilkörper, der

- für den Einsatz im Pharma- und Lebensmittelanlagen geeignet ist
- geringe Strömungsverluste hervorruft
- einfach konstruiert werden kann
- gut reinigbar ist
- preisgünstig herzustellen ist
- unter Einhaltung der vorgeschriebenen Einbaulage einfach in die Rohrleitung eingebaut werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf den heutigen Stand der Technik und die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines (erfindungsgemäßen) Membranventilkörpers.
Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines (erfindungsgemäßen) Membranventilkörpers, der in eine nahezu waagerechte Rohrleitung unter einem definierten Winkel zur Senkrechten (Lotlinie) eingebaut ist.
Fig. 3 zeigt schematisch, perspektivisch einen Schnitt durch einen (erfindungsgemäßen) Membranventilkörper, der in eine nahezu waagerechte Rohrleitung unter einem definierten Winkel zur Senkrechten (Lotlinie) eingebaut ist und durch den ein Fluid in Richtung des Rohleitungsgefälles strömt.
Fig. 4 zeigt schematisch, perspektivisch, einen Schnitt durch einen dem Stand der Technik entsprechenden Membranventilkörper.
Fig. 5 zeigt schematisch, perspektivisch, einen erfindungsgemäßen Membranventilkörper und die erfindungsgemäße Gestaltung des Überganges zwischen der Rohrleitung und dem Sitzsteg.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ansicht des erfindungsgemäßen Membranventilkörpers von vorne.
Fig. 7 zeigt schematisch einen Schnitt des erfindungsgemäßen Membranventilkörpers längst zur Rohrleitung.
Fig. 8 eine schematische, perspektivische Ansicht eines (erfindungsgemäßen) Membranventilkörpers.
Der Körper 1 eines Membranventils wird in Fig. 1 schematisch dargestellt. Er wird in die Bereiche: Rohrstutzen 2, Sitz 3, Sitztasche 4 unterteilt.
Ein Membranventil zeichnet sich unter bestimmten Voraussetzungen durch seine Leerlaufeigenschaft aus. Ein unter einem definierten Winkel 8 (Leerlaufwinkel) von der Senkrechten 7 (Lotlinie), wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebautes, offenes Ventil, ermöglicht es dem in der Rohrleitung vorhandenem (flüssigen) Medium in Richtung des Rohrleitungsgefälles nahezu restlos zu entweichen, auch wenn kein Druck in der Rohrleitung herrscht. Fig. 3 verdeutlicht dieses Verhalten. Den Fluidstrom 5 eines flüssigen Mediums in einer nahezu waagerechten Rohrleitung (ohne Innendruck) zeigt Fig. 3: das Medium entweicht aus der Rohrleitung durch den Rohrstutzen 2, über die Sitztasche 4, über den Sitz 3, und verläßt über die zweite Sitztasche 4 und durch den zweiten Rohrstutzen den Ventilkörper.
Diese Eigenschaft eines Membranventils wird insbesondere beim Einbau in Anlagen der Lebensmittel- und Pharma - Industrie benötigt. Nach der Beendigung eines Prozesses in der Anlage können Medienreste aus der Rohrleitung "leerlaufen".
Um die Leerlaufeigenschaft zu erreichen ist eine besondere Gestaltung des Überganges zwischen der Rohrleitung 2 und dem Sitz 3 notwendig. Die dafür besonders konstruierten Sitztaschen 4 müssen so gestaltet sein, daß sich im Ventil keine Stellen befinden, in denen sich Medium sammeln könnte.
Ein Ventilkörper, welches dem heutigen Stand der Technik entspricht, ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Die Sitztasche 4, die den Übergang zwischen dem mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ausgestatteten Rohrstutzen 2 und dem Sitz 3 darstellt, wird als eine dreidimensionale Freiformfläche konstruiert. Der für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich 6 der Sitztasche 4 entspricht nach dem heutigen Stand der Technik im wesentlichen einem Drehkegelsegment, dessen größerer Durchmesser sich am Sitz 3 befindet und der sich zum Rohrstutzen 2 hin konisch verjüngt. Um die Leerlaufeigenschaft zu gewährleisten darf der Bereich 6 der Sitztasche 4 insbesondere nicht einer torischen Fläche ähneln. Eine torische Fläche im für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereich 6 der Sitztasche 4 würde zur "Pfützenbildung" in eben diesem Bereich führen. Mediumsreste würden im drucklosen Zustand den Ventilkörper nicht restlos verlassen.
Die nach dem heutigen Stand der Technik konstruierten Membranventilkörper haben insbesondere durch die einem Drehkegelsegment ähnelnde Gestaltung des für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereiches 6 der Sitztasche 4, entscheidende Nachteile.
Der sich zum Rohrstutzen 2 hin verjüngende Radius des für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereiches 6 der Sitztasche 4, macht es erforderlich, Werkzeuge mit kleinem Durchmesser für die mechanische Nacharbeit zu verwenden. Sowohl die Fräsbearbeitung als auch das Schleifen des Membrankörpers wird durch die kleinen Werkzeuge aufwendiger und die Bearbeitungszeit dadurch länger.
Der kleine Radius des für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereiches 6 der Sitztasche 4 ist beim Betrieb der Anlage schwer zu reinigen, außerdem könnte ein größerer Radius die Strömungsverluste in dem Membranventilkörper mindern.
Desweiteren ist es für den Konstrukteur sehr schwierig, die Gestaltung der Sitztasche 4 zu beeinflussen. Der Konstrukteur gibt hierbei nur Vorgaben, die Freiformfläche der Sitztasche 4 wird durch den Computer errechnet. Nachträglich ist es notwendig, den optimalen Entleerungswinkel empirisch (aufwendig) zu ermitteln.
Der Entleerungswinkel 11 wird allein durch die Gestaltung der Sitztasche 4 vorgegeben. Der Einbau des Membranventils unter diesem Winkel muß von Anlagenbauer genau erfolgen, um die Leerlaufeigenschaft zu garantieren. Dieser Winkel sollte um ein einfaches Einbauen zu ermöglichen, möglichst ganzzahlige Winkelgrade haben.
Die nach dem heutigen Stand der Technik konstruierten und hergestellten Membranventilkörper haben keinerlei Markierungen, oder Montagehilfen, die den optimalen Leerlaufwinkel kennzeichnen würden. Der Anlagenbauer muß bei der Montage der Membranventilkörper in die Rohrleitung auf Unterlagen der Ventilhersteller zurückgreifen um den Winkel zu ermitteln.
Desweiteren ist wegen fehlender Markierungen am Membranventilkörper die Bestimmung des Leerlaufwinkels 8 aufwendig. Meist ist hierzu eine Demontage des Membranventils notwendig, um den Sitz 3 als Bezugsfläche zur Winkelbestimmung benutzen zu können.
Der Erfindung liegen daher folgende Aufgaben zugrunde:

- der kleinste Radius des für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereiches 6 der Sitztasche 4 soll möglichst groß sein
- der Radius des für die Leerlaufeigenschaft relevanten Bereiches 6 der Sitztasche 4 soll sich zum Rohrstutzen 2 hin möglichst nicht verjüngen
- die Konstruktion der Sitztasche 4 soll vereinfacht werden
- der Leerlaufwinkel muß bei der Konstruktion vorgegeben werden können
- der Membranventilkörper soll unverlierbar aufgebrachte Markierungen enthalten, die den Entleerungswinkel angeben
- der Membranventilkörper soll unverlierbar aufgebrachte Einbauhilfen enthalten, die die Montage des Membranventilkörpers in die Rohrleitung unter dem definierten Entleerungswinkel vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich 6 der Sitztasche 4 mit Hilfe der Mantelfläche eines extrudierten Körpers 13 gebildet wird. Fig. 5 zeigt schematisch die Bildung dieses Körpers 13: die erfindungsgemäße Kontur 9 der Sitztasche 4 wird extrudiert. Hierbei wird der für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich 6 der Sitztasche 4 vorzugsweise durch den Radius 10 bestimmt. Die Fig. 7 zeigt schematisch, daß der für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich 6 der erfindungsgemäßen Sitztasche 4 vorzugsweise im wesentlichen die Form eines oder mehrerer Zylindermantelsegmente hat.
Die Form der Sitztasche 4 bestimmt den maximal möglichen Radius des mechanischen Werkzeuges, welches für die Nacharbeit des Membranventilkörpers benutzt werden kann. Bei der Nacharbeit von erfindungsgemäßen Membranventilkörpern können größere Werkzeuge eingesetzt werden, als bei den dem Stand der Technik entsprechenden Membranventilkörpern, was die Nacharbeitszeit verkürzt.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist es außerdem möglich, den Entleerungswinkel 11 gemäß Fig. 6, der identisch ist mit dem Winkel 8 gemäß Fig. 2, exakt und in weiten Grenzen vorzugeben.
Um die Leerlaufeigenschaft sicherzustellen, muß die Lage des extrudierten Körpers 13 so gewählt werden, daß der vorzugsweise im wesentlichen zylindrische für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich 6 der Sitztasche 4 tangential an den zylindrischen Innendurchmesser des Rohrstutzens 2 anschließt. (Tangetialitätsbedingung). Die Anbindung erfolgt unter dem in weiten Grenzen wählbaren Entleerungswinkel 11. Vorzugsweise sollte dieser Winkel ganzzahlig sein.
Der Winkel 12 aus Fig. 7 ist in weiten Grenzen frei wählbar.
Mit der Festlegung der Kontur 9 und der beiden Winkel 11 und 12 und der Tangentialitätsbedingung ist die Form und Lage der Mantelfläche des extrudierten Körpers 13 im Membranventil exakt definiert.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Membranventilkörper hat außen eine ebene Fläche 15, vorzugsweise gemäß Fig. 8. Die Fläche schließt vorzugsweise tangential an den Außendurchmesser des Rohrstutzens 2 unter dem Winkel 14 gem. Fig. 6 an. Der Winkel 14 ist identisch mit dem Entleerungwinkel 11.
Diese erfindungsgemäß ausgebildete Fläche muß beim Einbau des Membranentils in eine waagerechte Rohrleitung in die Horizontale gebracht werden. Damit ist der Ventilkörper 1 automatisch unter dem optimalen Entleerungwinkel eingebaut. Wahlweise kann der Ventilkörper 1 so gestaltet sein, daß er eine Fläche besitzt, die in die Vertikale gebracht werden muß um den Einbau des Membranventils zu definieren.
Zusätzlich können an den Rohrstutzen 2 Markierungen 16 gem. Fig. 2 angebracht werden, die bei einem unter dem Entleerungswinkel in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebauten Membranventilkörper in der Senkrechten liegen (wahlweise in der Horizontalen).
Weiterhin können an dem Membranventilkörper unverlierbar angebrachte Zahlen den Entleerungswinkel angeben. Die Zahlen können durch Ätzung, Lasereinbrennen, Mattieren, etc. an geeigneter Stelle des Membranventilkörpers vorzugsweise unverlierbar aufgebracht werden. Bezugszeichenliste 1 Membranventilkörper
2 Rohrstutzen
3 Sitz
4 Sitztasche
5 Fluidstrom
6 der für die Leerlaufeigenschaft relevante Bereich der Sitztasche 4
7 die Senkrechte (Lotlinie)
8 Winkel
9 Kontur
10 Radius
11 Winkel
12 Winkel
13 extrudierter Körper
14 Winkel
15 Fläche
16 Markierung

Claims

1. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) des als Sitztasche (4) bezeichneten Überganges zwischen dem Rohrstutzen (2) mit im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und dem Sitz (3) im wesentlichen durch die Mantelfläche eines extrudierten dreidimensionalen Körpers (13) ausgebildet wird.

2. Membranventilkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) durch Extrusion eines Kreisbogens gebildet wird und dadurch im wesentlichen die Form eines Zylindermantelsegments hat.

3. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) durch Extrusion eines oder mehrerer Kreisbögen, die vorzugsweise tangential ineinander übergehen gebildet wird und dadurch im wesentlichen die Form mehrerer vorzugsweise tangential ineinander übergehender Zylindermantelsegmente hat.

4. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) durch Extrusion eines oder mehrerer Kreisbögen und einer oder mehrerer Geraden, die vorzugsweise tangential ineinander übergehen gebildet wird und dadurch im wesentlichen die Form einer oder mehrerer vorzugsweise tangential ineinander übergehender Zylindermantelsegmente und Ebenen hat.

5. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) durch Extrusion eines oder mehrerer Kreisbögen und eines oder mehrerer Ellipsensegmente gebildet wird, die vorzugsweise tangential ineinander übergehen und dadurch im wesentlichen die Form mehrerer vorzugsweise tangential ineinander übergehender Zylindermantelsegmente hat.

6. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) durch Extrusion einer Kontur (9) gebildet wird, die aus einer Kombination von Ellipsensegmenten, Kreisbögen und Geraden gebildet wird, die vorzugsweise tangential ineinander übergehen und dadurch im wesentlichen die Form mehrerer vorzugsweise tangential ineinander übergehender Zylindermantelsegmente und Ebenen hat.

7. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Entleerung relevante Bereich (6) der Sitztasche (4) tangential in den Innendurchmesser des im wesentlichen mit kreisrundem Querschnitt versehenen Rohrstutzens (2) übergeht.

8. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß außen eine ebene Fläche (15) angebracht ist, die in der Horizontalen zum liegen kommt, nachdem der Membranventilkörper unter dem optimalen Entleerungswinkel (8) in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebaut worden ist.

9. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß außen eine ebene Fläche (15) angebracht ist, die in der Vertikalen (Lotlinie) zum liegen kommt, nachdem der Membranventilkörper unter dem optimalen Entleerungswinkel (8) in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebaut worden ist.

10. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß außen an mindestens einem Rohrstutzen (2) mindestens eine Markierung (16) angebracht ist, die in der Vertikalen (Lotlinie) zum liegen kommt, nachdem der Membranventilkörper unter dem optimalen Entleerungswinkel (8) in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebaut worden ist.

11. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß außen an mindestens einem Rohrstutzen (2) mindestens eine Markierung (16) angebracht ist, die in der Horizontalen zum liegen kommt, nachdem der Membranventilkörper unter dem optimalen Entleerungswinkel (8) in eine nahezu waagerechte Rohrleitung eingebaut worden ist.

12. Membranventilkörper zur steuerbaren Fluiddurchströmung dadurch gekennzeichnet, daß außen der optimale Entleerungswinkel (8) angegeben ist, unter dem der Membranventilkörper in eine nahezu waagerechte Rohrleitung einzubauen ist.

13. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper mehr als einen Sitz (3) besitzt.

14. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper mehr als zwei Rohrstutzen (2) besitzt.

15. Membranventilkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (2) nicht parallel sind.