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Membranventil Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einer das
Ventilgehäuse durchsetzenden Bohrung, in der ein flacher Querdamm als Sitz für die
Membran angeordnet ist, durch den eine Einlaßöffnung von einer Austrittsöffnung
getrennt ist, sowie mit einer Bet4tigungsvorrichtung, welche die Membran in die
Schließstellung zwangsweise führt.
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Es ist bereits ein Membranventil bekannt, bei dem in der das Ventilgehäuse
durchsetzenden Bohrung ein Einlaß- und Austrittsöffnung abtrennender Querdamm angeordnet
ist, der nicht flach ist, sondern an der der Membran zugewandten Seite schmal ausgebildet
und abgerundet ist. Dieser abgerundete Rand des Dammes bildet einen Sitz für die
Membran. Diese bekannten Ventile ergeben keine zuverlässige Abdichtung. Bei ihnen
wird nämlich die Membran nicht nur, was unvermeidbar und an sich auch nicht schädlich
ist, an dem Kreisumfang, an dem sie eingespannt ist, abgeknickt, sondern auch in
der in sich geschlossenen Linie, die den Sitz des Ventils bestimmt. Die Membran
muß demzufolge sehr stark auf den Ventilsitz niedergedrückt werden, was zu einem
schnellen Verschleiß der Membran führt.
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Auch muß bei der Herstellung eines Ventils der erwähnten bekannten
Art besondere Sorgfalt aufgewendet werden, um spätere ernsthafte Beschädigungen
zu vermeiden. Wenn der obere Dammrand an der Stelle, an der er in den Einspannungsquerschnitt
der Membran übergeht, etwas zu hoch ist, wird die Membran beim Schließen des Ventils
beschädigt werden. Ist hingegen der obere Dammrand zu niedrig, wird an der erwähnten
übergangsstelle eine zusätzliche Undichtigkeit auftreten.
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Es sind auch Membranventile mit einem zentralen, kreisringförmigen
Sitz bekannt, der durch einen nach oben vorstehenden, mehr oder weniger breiten
Rand gebildet wird. Membranventile mit einem zentralen kreisringförmigen Sitz haben
wesentlich schlechtere Durchströmungseigenschaften als Ventile mit einem flachen
Mitteldamm.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, die Dichtungszuverlässigkeit
von Membranventilen mit einem als Sitz für die Membran dienenden flachen Querdamm
in der das Ventilgehäuse durchsetzenden Bohrung zu vergrößern, ahne dabei die guten
Durchströmungseigenschaften dieser Art von Ventilen zu beeinträchtigen.
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Das ist gemäß der Erfindung dadurch erreicht worden, daß als Sitz
für die Membran eine ununterbrochene Rippe längs des Randes einer der beiden Öffnungen
der Ventilbohrung vorgesehen ist, wobei die Höhe der Rippe und die tiefer als die
Rippe gelegene Oberfläche des Dammes so bemessen ist, daß die Dammoberfläche als
Anschlag dient, der die Ausübung eines übermäßigen Druckes auf die Membran verhindert.
Im allgemeinen sind die Öffnungen D-förmig, wie an sich bekannt, wobei die Kanten
des sie trennenden Dammes die geraden Seiten der beiden D@förmigen Öffnungen bilden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist von besonderem Vorteil bei einem
Ventil mit einer Membran aus chemisch hochbeständigem Material oder einer solchen
aus elastischem, gummiähnlichem Material mit einem an sich bekannten überzug von
solchem Material, wie z. B. Folytetrafluoräthylen, Polytrifluormonochloräthylen
oder chlorsulfoniertem Pelyäthylen. Diese Werkstoffe sind nicht so nachgiebig wie
Gummi oder gummiähnliches elastisches Material, und sie passen sich daher nicht
so leicht etwaigen geringen Unregelmäßigkeiten der Sitzfläche an, Man sollte bei
einem solchen Ventil den Sitz mit großer Genauigkeit bearbeiten (was bei Gummi oder
gummiähnlichen Membranen nicht erforderlich ist). Da aber derartige chemisch widerstandsfähige
Membranen nur zur Absperrung besonders aggressiver Flüssigkeiten benutzt werden,
erhält das zugehörige Ventilgehäuse im allgemeinen immer eine an sich bekannte Glasauskleidung,
und diese kann nicht feinbearbeitet werden. Im Gegenteil, sie neigt in der Massenfertigung
zu einer gewissen Welligkeit der Oberfläche.
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Um nun die als verhältnismäßig schmale Sitzfläche ausgebildete Rippe
in rationeller Fertigung mit einem
hinreichend glatten Glasüberzug
versehen zu können, ist es wünschenswert, die Rippe vorher zu bearbeiten, beispielsweise
zu schleifen oder sonstwie zu behandeln. Deshalb ist die Rippe zweckmäßig so gestaltet,
daß ihre Oberfläche in einer einfachen Fläche liegt, beispielsweise in einer Ebene,
die einen spitzen Winkel mit der Hauptlängsachse des Ventils einschließt, oder in
einer zylindrischen Fläche, deren Achse quer zur und über der Hauptlängsachse des
Ventils verläuft, oder vorzugsweise in einer sphärischen Fläche.
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Die Erfindung soll an Hand der Figuren weiter erläutert werden, welche
ein Ausführungsbeispiel und einige Abwandlungen desselben schematisch darstellen.
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Fig. 1 ist ein Axialschnitt eines vollständigen Ventils nach der Erfindung,
in ganz geöffneter Lage; Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Ventilgehäuse der Anordnung
nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene 111-III der Fig. 2; Fig. 4
stellt einen Teilschnitt in der Ebene IV-IV der Fig. 1 dar; Fig. 5 gibt im Axialschnitt
einen Teil einer abgewandelten Ausführungsform des Ventils wieder, wobei die Oberfläche
der Dichtungsrippe in einer Ebene liegt; Fig. 6 zeigt einen teilweisen Querschnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform des Ventils, wobei die Oberfläche der Rippe
in einer gedachten ebenen zylindrischen Fläche liegt; Fig. 7 veranschaulicht in
Unteransicht das Spindelgehäuse und die Betätigungsvorrichtung in einer anderen
Ausführungsform, und Fig.8 zeigt in Teilansicht, teilweise geschnitten, noch eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils.
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Der Aufbau des Ventils nach Fig.1 bis 4 ist im wesentlichen bekannt.
Es weist ein Gehäuse 11 auf mit einer Bohrung, die durch einen flachen Querdämm
12 in zwei Öffnungen 13, 14 geschieden ist, von denen eine den Einlaß und die andere
den Austritt bildet. Das ganze Ventilgehäuse, einschließlich der genannten Öffnungen
und der Flansche, ist im wesentlichen symmetrisch. Die Anschlußteile können aber
auch unsymmetrisch ausgebildet sein. Über dem Damm ist eine biegsame, undurchlässige
Membran 1.5 an ihrem Rand dichtend zwischen einer Haltefläche 16 des Ventilgehäuses
11 und einer Fläche 17 des Spindelgehäuses 18 eingeklemmt.
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Eine Bewegung der Mebran zwischen der Schließlage und der Öffnungslage
wird durch den Spindeltrieb im Spindelgehäuse 18 bewirkt, das durch die Membran
vollständig gegen das Durchflußmedium abgeschlossen wird. Die Membranbetätigung
wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Stempel 19 und eine durchbohrte
Spindel 21 bewirkt, welche in der Hauptsymmetrieachse des Ventilgehäuses angeordnet
ist. Die Spindel trägt ein Handrad 22 und ist gegen Axialverschiebung einerseits
durch das Handrad und andererseits durch eine Schulter 23 gesichert. Eine Führungsmutter
24 steht im Eingriff mit der Spindel 21 und mit dem Stempel 19. Soweit ist das dargestellte
Ventil grundsätzlich bekannt, wobei allerdings ein Teil der Erfindung darin besteht,
daß der Damm 12 breiter und die Öffnungen 13; 14 kleiner im Verhältnis zu den bekannten
Ausführungsformen gewählt sind, und daß der volle Ventilhub zwischen der geöffneten
und der Schließstellung im Vergleich zum Durchmesser der Membran zwischen ihren
Klemmrändern kleiner gewählt ist. So entsprechen die allgemeinen Abmessungen des
erfindungsgemäßen Ventils denjenigen eines bekannten Ventils des gleichen Aufbaues,
jedoch mit einer um 30 bis 50'°/o größeren Ventilgehäusebohrung.
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Im Vergleich zu der bekannten Ventilausführung zeichnet sich das dargestellte
Beispiel durch eine > kleine Rippe 25 längs des Randes der Öffnung 13 aus, so däß
in der Schließstellung die Trennung zwischen Einlaßöffnung und Austrittsöffnung
nicht durch Berührung der Membran mit dem Damm, sondern vielmehr mit der Rippe 25
erfolgt. Die Unterseite des Stempels ist so gestaltet, daß der Anpreßdruck auf die
Oberfläche der Rippe gerichtet wird.
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Das Ventil ist mit einem auf der Innenseite des Gehäuses angebrachten
Glasüberzug 26 dargestellt. Da die Membran auf diesen Überzug nur längs der Rippe
25 gedrückt wird, ist es nicht nachteilig, wenn die Oberfläche des Überzuges an
anderen Stellen als an der Rippe nicht ganz glatt ist. Die schmale Fläche der Rippe,
gegen welche die Meinbran zur Anlage kommt, kann mit geringem Aufwand geschliffen
oder anderweitig bearbeitet werden, und der Glasüberzug kann ohne besondere Schwierigkeit
so ausgeführt werden, daß er diese Fläche der Rippe glatt bedeckt. Hierfür ist es
wesentlich, daß die Oberfläche während des Überziehens möglichst waagerecht liegt.
Mit einem glatten Glasüberzug auf der Rippe kann ein befriedigender Verschluß des
Ventils nicht nur mit einer Membran aus Gummi oder ähnlichem elastischem, nachgiebigem
Material erreicht werden, sondern auch mit einer Membran oder einem Membranüberzug
27 aus Polytetrafluoräthylen, Polytrifluormonochloräthylen, chlorsulfoniertem Polythene
oder ähnlichen chemisch hoch widerstandsfähigen Werkstoffen, die nicht so nachgiebig
sind wie Gummi.
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Um die Bearbeitung der Rippe zu erleichtern, kann sie so ausgebildet
sein, daß ihre Oberseite in einer kugelschalenförmigen Fläche liegt, wie in Fig.
1 bis 4 dargestellt. Die Oberfläche des Dammes zwischen den Öffnungen 13 und 14
ist kugelschalenförmig konkav mit dem gleichen Krümmungsmittelpunkt, aber mit einem
um die Dicke der Rippe größeren Radius, während die Unterseite des Stempels kugelschalenförmig
konvex gestaltet ist, derart, daß die Schließkraft auf die Rippe gerichtet ist,
wobei sich die Membran in der Schließstellung gegen den Stempel stützt, wenn die
Öffnung 14 als Einlaßöffnung benutzt ist. Eine andere Möglichkeit (Fig. 5) besteht
darin, die Rippe so auszubilden, daß ihre Oberfläche in einer Ebene 28 liegt, während
die andere Öffnung 14 in ähnlicher Weise in einer etwas tieferen Ebene angeordnet
ist. Der zugehörige Stempel ist entsprechend geformt, so daß seine Druckfläche zwei
ebene zu der Rippe 25 bzw. der Öffnung 14 parallele Flächenstücke aufweist, was
die in Fig. 5 dargestellte symmetrische V-förmige Gestalt ergibt. Da die Rippe über
die Fläche des Dammes hinausragt, wirkt die Schließkraft des Stempels nur auf den
Teil der Membran, der mit der Rippe zusammenarbeitet, wobei der übrige Teil der
Stempelunterseite als Widerlager für die Membran wirkt, wenn die Öffnung 14 als
Einlaß benutzt ist. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ergibt eine zylindrische
Oberfläche der Rippe (und eine entsprechende
Oberfläche der Öffnung
14), deren Achse quer zur Ventilgehäusebohrung und parallel zu dem Damm verläuft.
Eine derartige Ausführungsform bedarf keiner besonderen zeichnerischen Darstellung,
weil der zugehörige Längsschnitt identisch mit Fig. 1 sein würde, wenn die Radien
der Sitzfläche des Dammes und der Ventilgehäusebohrung in der Öffnung 14 die gleichen
sind wie die entsprechenden Radien in Fig. 1, und der Querschnitt dieser Anordnung
würde identisch sein mit Fig. 6. Auch hier wirkt die Schließkraft nur auf die Rippe,
während der Stempel in Schließlage die Membran abstützt, wenn die Öffnung 14 als
Einlaß gewählt ist.
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Wie bereits erwähnt, ist der Damm 12 beim erfindungsgemäßen Ventil
breiter als bei den vorbekannten Ventilen dieser Art. Dementsprechend ist die der
Membran zugewandte Fläche des Dammes unterhalb der Rippe 25 verhältnismäßig groß,
und wenn die Rippe nicht zu weit aus der Fläche herausragt, kann diese zur Begrenzung
des auf die Membran ausgeübten Schließdruckes auf ein zulässiges Maß dienen, so
daß kein besonderer Anschlag hierfür erforderlich ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spindel, in der Symmetrieachse
des Ventilgehäuses angeordnet, während die Rippe 25 ganz auf einer Seite der Achse
verläuft, so daß der Spindeltrieb ein Kippmoment auf den Stempel überträgt, wenn
das Ventil geschlossen ist. Bei den ausgeführten Ventilen sind hierdurch keine die
Funktion beeinträchtigenden Wirkungen beobachtet worden. Die Erfindung ist nicht
beschränkt auf die Anordnung der Spindel in der dargestellten Achsrichtung; diese
kann auch geneigt und so engeordnet sein; daß die Schließkraft senkrecht auf die
Rippe wirkt und ein Kippmoment vermieden wird. Auch ist, wie bereits erwähnt, der
Spindeltrieb nur ein Ausführungsbeispiel. Er kann durch jeden anderen Betätigungsmechanismus
ersetzt werden, welcher die Membran gegen die ganze Länge der Rippe zu drücken gestattet
und welcher das Abheben der Membran in der Öffnungsstellung zuläßt oder die , Membran
zwangläufig abhebt.
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Da der Stempel die Membran auf der ganzen Länge der Rippe andrücken
muß, muß er mindestens in der Öffnung gegenüber der Rippe zusammenhängend sein,
und die Anordnung von ineinandergreifenden Fingern und Vorsprüngen am Stempel und
im Spindelgehäuse kann nicht in der Öffnung der Rippe verwendet werden. Bei kleinen
Ventilen mit verstärkter Membran benötigt diese in der Öffnungslage keine Stützung
außer derjenigen durch den Mittelteil des Stempels. Dagegen muß der Stempel gegen
Drehung etwa durch Reibung an der Führungsmuter 24 gesichert sein. Dies kann, wie
in Fig. 1 und 4 dargestellt, durch eine Nase 31 am Stempelhals erreicht werden,
die mit Spiel zwischen zwei Vorsprüngen 32 im Spindelgehäuse geführt ist.
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Bei einem größeren Ventil ist eine zusätzliche Abstützung der Membran
in der Öffnungslage erwünscht oder notwendig. Hier können die an sich bekannten
ineinandergreifenden Finger und Vorsprünge für den außerhalb der Öffnung 13 der
Rippe liegenden Teil der Membran vorgesehen sein. In Fig. 7 sind solche Finger 33
am Stempel und Vorsprünge 34 im Spindelgehäuse gezeigt.
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Es ist auch möglich, eine Unterstützung der Meinbran in der Öffnungslage
über dem Inneren der öffnung 13 gemäß der Anordnung nach Fig. 8 vorzusehen, wo ein
Vorsprung 35 der Spindelgehäusewand durch eine entsprechende Öffnung 36 des Stempels
in dessen ununterbrochene Druckfläche tritt, welche der Rippe gegenüberliegt.
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Wenn das Ventil, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt, eine nicht steigende
Spindel 21 aufweist, die von einem Spindelgehäuse 18 umschlossen ist, so daß von
außen nicht erkannt werden kann, ob das Ventil offen, teilweise geöffnet oder geschlossen
ist, dann kann zweckmäßig ein Signalstift 37 in einer Bohrung der Spindel geführt
werden, dessen inneres Ende an einer mit der Membran bewegten Öffnung fest ist und
dessen äußeres Ende in Schließstellung der Membran nicht über das äußere Spindelende
hinausragt. Beim Öffnen tritt der Signalstift hervor um einen Betrag, der vom Grad
der Öffnung abhängt. Wenn wie im dargestellten Ausführungsbeispiel die Membran 15
über einen Schraubnippel 38 betätigt ist, dessen Kopf im Werkstoff der Membran eingebettet
ist, kann ein Schulternippel 39 in den Stempel 19 eingeführt sein,
wobei der Schraubnippe138 in das eine Ende des Schulternippels und das innere Ende
des Signalsstifts 37 in das andere Ende des Schulternippels 39 geschraubt sein können.
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Das obere Ende der Spindel 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
quadratisch, und das aufgesteckte Handrad 22 ist durch einen Schraubring 41 gesichert.
Ein Gummiring 42 ist in eine Rundnut eingelegt und dichtet gegenüber dem Signalstift
37, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder von korrodierenden Medien längs des
Stiftes zu verhindern.