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.Absperr-ventil Die Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil mit
geradlinigem, zylindrischem Gehäusedurchfluß unveränderlichen Querschnitts und mit
einer hohlkegelfönnigen Membran als Ventilverschlußstück, deren die Kegelspitze
bildender, verdickter und abgerundeter Teil mit der Ventilspindel fest verbunden
und deren Rand zwischen die Flansche des Gehäuseober- und -unterteils eingespannt
ist, wobei an der neben der Einspannstelle gelegenen Abdichtungsstelle zwischen
der Membran und der Gehäusesitzfläche die Membran in der Schließstellung von der
Einspannung aus um eine Abrundung des Gehäusesitzes herumlaufend in den geradlinigen
Kegelmantel übergeht.
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Solche Ventile werden besonders gern in der Industrie verwendet, da
sie im Durchflußkanal auf der der Öffnung für die Membran gegenüberliegenden Seite
keine Vertiefungen oder Absätze haben. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird die Strömung
dementsprechend in solchen Ventilen möglichst wenig gestört und die Ansammlung von
Ablagerungen in Vertiefungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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Derartige Absperrventile besaßen aber den Nachteil, daß es schwierig
war, bei geschlossenem Ventil bestimmte Teile des Sitzes dicht abzuschließen. Jede
Hälfte des Membransitzes, der sich nach innen und quer durch das Ventflgehäuse vom
eingeklemmten Membranrand auf einer Seite des Ventils bis zur unteren Seite der
Durchflußoberfläche erstreckt, soll in drei verschiedene Teile aufgeteilt werden.
Da die beiden Hälften des Membransitzes übereinstimmen, brauchen nur die auf einer
Seite befindlichen Teile beschrieben zu werden. Der erste Teil des Sitzes ist ein
bogenförmiger Teil, der an der Unterseite des gerade durchlaufenden Durchflußkanals
beginnt und sich im wesentlichen am Durchflußkanal bis zu einer Stelle erstreckt,
wo der Durchflußkanal und die geneigte Wandfläche an der Seite des Ventils die gleiche
Tangente haben. Der zweite Teil ist ein gerader Teil, der im wesentlichen mit der
geneigten Wandfläche zusammenfällt und sich von der Stelle, wo Durchflußkanal und
geneigte Wandfläche dieselbe Tangente haben, bis in die Nähe der Einspannstelle
für die Membran erstreckt. Dieser zweite Teil geht an der Stelle mit den gleichen
Tangenten genauso glatt in den ersten über, wie die geneigte Wandfläche in die Durchflußkanalfläche.
Der dritte Teil erstreckt sich von einer Stelle, die etwas unterhalb der Einspannstelle
liegt, um die Ecke und nach außen ein kleines Stück entlang dem zur Einspannung
dienenden Gehäuseflansch. In einigen gerade durchgehenden Ventilen haben der erste
und der zweite Teil des Sitzes die Form einer langsam von den Wänden und vom Durchflußkanal
sich absetzenden Rippe. Soweit es jedoch bekannt ist, reichte in jedem Fall, wo
eine solche Rippe verwendet wurde, diese Rippe nur bis zur Ecke der geneigten Wandfläche
und des Flansches. In anderen derartigen Ventilen können diese Teile des Sitzes
genau mit der Wand und dem Durchflußkanal zusammenfallen oder mit anderen Worten,
es sind keine Rippen vorhanden, und der Sitz wird von den Wand- und Durchflußkanaloberflächen
aebildet.
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Bei früheren derartigen Ventilen lagen die Schwierigkeiten darin,
ein Druckelement (das die Membran gegen den Sitz drückt) zu bauen, das in Verbindung
mit der Membran und dem Sitz so wirkt, daß von der Membran auf den dritten Teil
des Sitzes ein ausreichender Druck ausgeübt wird, ohne daß der Druck auf die ersten
beiden Teile des Sitzes unzureichend oder zu hoch ist. Diese Schwierigkeiten traten
dadurch auf, weil Teile der früheren Druckelemente über die Membran gegenüber dem
dritten Teil des Sitzes, d. h. über den Öffnungsflansch hinausragten. Falls
nun das Druckelement, die Membran und der Sitz nicht sehr genau hergestellt und
zusammengebaut wurden, übten diese herausstehenden Teile des Druckelementes gegenüber
den anderen Teilen des auf die Membran wirkenden Druckelementes zu spät oder zu
früh einen Druck aus. Tatsächlich sind die Abmessungen des Druckelementes, der Membran
und des
Sitzes so kritisch, daß man vor dieser Erfindung zur Erzielung
eines Verschlusses an diesem dritten Teil des Sitzes ohne Zerstörung der Membran,
die herausstehenden Teile des Druckelementes wegließ und die Membran so ausbildete,
daß ihre in der Mitte liegende Ausbuchtung die Mitte des Ventilsitzes nicht ohne
Ausdehnen erreichte. Dieses Ausdehnen spannt die Membran eng über die Ecke des dritten
Teils, und nur dadurch allein wurde ein abdichtender Druck erzielt, ohne daß durch
das Druckelement die Membran gegen den dritten Teil des Sitzes gepreßt wurde. Durch
dieses Spannen wird jedoch sehr oft ,keine wirkungsvolle Abdichtung erreicht, und
selbst wenn sehr hohe Verschlußkräfte durch das Druckelement ausgeübt werden, kann
die Abdichtung zwischen der Membran und dem dritten Teil des Sitzes noch undicht
sein.
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Selbst wenn diese Ventile Druckelemente hätten, bei denen die genannten
wegstehenden Druckelementteile nicht weggelassen wären (so daß ein Druck auf den
dritten Teil des Sitzes ausgeübt werden könnte), gibt es immer noch Lücken zwischen
den Enden dieser wegstehenden Druckelementteile und dem Meinbranrand, der zwischen
dem Gehäuseoberteil und den Gehäuseflanschen eingespannt ist. Diese Lücken kommen
teilweise von dem verhältnismäßig großen Radius, der den übergang von der Innenfläche
des Gehäuseoberteils zu seinem Befestigungsflansch bildet und den Zweck hat, ein
scharfes Ab-
knicken der Membran an diesem Punkt zu verhindern, wenn das Ventil
geöffnet ist. Diese Lücken treten auch infolge des erforderlichen Spiels zwischen
den Enden der wegstehenden Druckeleinentteile und der inneren Oberteilfläche auf,
das zum leichten Zusammenbau vorhanden ist. Diese Lücken führen oft zu Undichtigkeiten,
selbst wenn das obengenannte Spannen verwendet wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit geringen Herstellungskosten
und in einfacher Weise ein Absperrventil der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem
eine einwandfreie Abdichtung in der Schließstellung gewährleistet ist ohne daß die
Membran frühzeitig zerstört wird.
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Diese Aufgabe soll durch die Erfindung dadurch gelöst werden, daß
an der Abrundung des Gehäusesitzes zwischen der Membran und der Ventilsitzfläche
eine schmale Rippe entweder als Teil der Membran oder des Gehäuses vorgesehen ist
und eine solche Dehnung des Materials der Membran in der Schließstellung herbeiführt,
daß an der Rippe die zur Gewährleistung einer guten Abdichtung nötige Flächenpressung
entsteht.
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In der Beschreibung und in den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsforinen
der Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Teil eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen
Menibranventils, der sich entlang der Linie 1-1 der Fig. 8 erstreckt.
Das Ventil ist hier geöffnet.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt ähnlich wie Fig. 1. Das Ventil ist
hier geschlossen, aber die Membran noch nicht gespannt.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt ähnlich wie Fig. 1. Das Ventil
ist hier vollständig geschlossen.
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Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der in den Fig.
1, 2 und 3 verwendeten Membran, Fig. 5 eine perspektivische
Darstellung einer anderen Membran für ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig.
6 einen Ausschnitt eines geschlossenen Ventils, in dem die Rippe ein Teil
des Ventilgehäuses ist, Fig. 7 ähnlich wie Fig. 6 einen Ausschnitt
eines geöffneten Ventils, Fig. 8 einen Ausschnitt eines Querschnitts, der
an der Linie 8-8 der Fig. 3 gemacht wurde.
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Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer anderen Membran
für ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 10 bis 12 Schnitte durch das Ventil,
bei dem die in Fig. 9 gezeigte Rippe ein Teil des Gehäuses ist. Das in Fig.
1 gezeigte Absperrventil 10 hat ein Gehäuseunterteil 12 mit einem
geraden Durchflußkanal 14 und einer im wesentlichen kreisförmigen Öffnung
16, die auf einer Seite in der Mitte des Gehäuses liegt. Die Achse
18 dieser Öffnung schneidet die Achse 20 des Durchflußkanals 14 unter einem
rechten Winkel, und die öffnung hat einen etwas größeren Durchmesser als der Durchflußkanal,
so daß die ebenen Seitenwände 22 von der Öffnung zum Durchflußkanal etwas schräg
verlaufen und am Punkt 24 tangential in den Durchflußkanal übergehen.
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Um die öffnung 16 wird an das Gehäuseunterteil ein Flansch
26 mit einer oberen Fläche 27 in einer Ebene 28 angebracht,
die mit der Achse 18 der Öff-
nung 16 einen im wesentlichen
rechten Winkel und daher mit den Seitenwänden 22 einen spitzen Winkel
30 bildet. Die sich aus der Verbindung der Flanschfläche 27 und der
Seitenwände 22 ergebende Ecke 32
ist abgerundet.
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Die äußeren Teile des Flansches 26 der Öffnung 16
und
der Flansch 34 an der Unterseite des Gehäuseoberteils 36 (Fig.
1) dienen zur festen und dichten Einspannung des Randes 38 einer Membran
40 aus Gummi od. dgl. Der in der Mitte liegende, nicht eingespannte Teil der Membran
besteht aus einem biegsamen Kegel 44 mit einer abgerundeten, verdickten Spitze 46,
in der der Kopf 48 einer Schraube 50 eingebettet ist, deren Schaft
52 in ein Druckelement 54 hineingeschraubt ist. Die Unterseite
56 dieses Druckelementes ist der um die Schraube liegenden, abgeflachten
Innenseite der Spitze des Membrankegels angepaßt. Die Seiten 58 des Druckelementes
erstrecken sich mit demselben Winkel wie die geneigten Seitenwände 22 nach unten.
Das Druckelement kann in irgendeiner üblichen Weise angetrieben werden, beispielsweise
von Hand oder pneumatisch; es bewegt sich dabei entlang der Achse 18 der
Gehäuseöffnung und bewegt die Membran in die Schließ- oder Offenstellung.
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Wenn sich das Druckelement so weit im Gehäuse befindet, daß die Membran
die Gehäusesitzfläche berührt, wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, von einem
festgeklemmten Merabranrand bis zum anderen eine gute Abdichtung erreicht. Außerdem
ist aus dieser Figur noch ersichtlich, daß zwischen dem festgeklemmten Merabranrand
38 und dem unterhalb der Ecke 32 der Öffnung am Gehäuse liegenden
Punkt 60, an dem das Zusammenpressen des Membrankegels zwischen dem Druckelement
und dem Gehäuse beginnt, die Membran um eine abgerundete Ecke gebogen wird, deren
Rundung erfindungsgemäß durch Anordnung einer Rippe 62 einen kleineren Radius
hat als die abgerundete Ecke selbst. Diese Rippe 62
ist ein Bestandteil der
Membran an dieser Ecke. Ein Ende 64 dieser Rippe liegt an dem festgespannten Meinbranrand,
wo sie in eine andere ringförmige Rippe 66 übergeht, die sich rund um die
Membran erstreckt. Das unterhalb der abgerundeten Ecke 70
liegende
andere Ende 68 der Rippe liegt auf dem kegelförmigen Teil der Membran und
geht allmählich in diesen Teil über, wo sie ungefähr am Punkt 72 verschwindet,
an dem auch die Membran zwIschen dem Druckelement und der Gehäusesitzfläche eingeklemmt
zu werden beginnt.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß beim Festklemmen des Membranrandes
die ringförmige Rippe 66 und das Ende 64 der Rippe 62 im wesentlichen
flach züisammengepreßt werden, wobei wegen der Rippe 62
die Ecke noch stärker
gekrümmt wird, um die die Membran gezogen wird. Die Membran wird also in den mit
den Zahlen 74 und 76 bezeichneten Teilen durch das Druckelement gut gegen
diese Teile gedrückt.
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Auf den dritten Teil 78 des Sitzes wird jedoch kein solcher
Druck ausgeübt -, da kein Teil des Druckelementes unmittelbar Über der Ecke
32 und der zwischen dieser Ecke und dem eingespannten Membranrand liegenden
Flanschfläche 27 liegt. Um einen Druck der Membran gegen den Sitz an dieser
Stelle zu erzielen, verläßt man sich bei den bisher bekannten Absperrventilen der
vorgenannten Art in diesem Teil des Sitzes auf das Spannen der Membranhülle 44,
und wie bereits oben ausgeführt, hat sich herausgestellt, daß ein solches Spannen
nicht genug Druck zwischen einer ebenen Merabranfläche und einer ebenen Sitzfläche
erzeugt. Gemäß der Erfindung wird durch die kurze Rippe 62, die nach Fig.
1 bis 4 einen Teil des Membrankegels 44 gegenüber dem dritten Teil
78 der Sitzfläche bildet, ein ausreichender Druck erreicht, da infolge Spannens
in der Nähe des dritten Teils des Sitzes 78 ein großer Teil der Kraft auf
die Rippe wirkt und weil der Membrankegel an der Ecke stärker gekrümmt wird, als
es der Fall wäre, wenn die Rippe nicht vorhanden wäre oder die Rippe in gleicher
Höhe über die Membran sich erstrecken würde. Im Rahmen dieser Erfindung liegt natürlich
auch eine in Fi ' g. 9 dargestellte Rippe 61
a, die sich in Richtung der Mantellinien des Kegels von einer Einspannstelle
bis zur anderen über die ganze Meinbran erstreckt, aber an gegenüberliegenden Abrundungsstellen
derMembran in derNähe derEinspannstelle Erhöhungen 62a hat. so daß die Richtungsänderung
der Membran an diesen Stellen größer ist als die Änderung, die nur durch das Zusammenpressen
der Flanschfläche und der geneigten Seitenwände erzeugt würde.
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In den Fig. 10, 11 und 12 ist diejenige Ausführungsform der
Erfindung veranschaulicht, bei der die sich über die ganze Membran erstreckende
Rippe als Teil61b des Gehäuses vorgesehen ist. Bei 62b, also an der abgerundeten
Kante 78 b, hat sie eine größere Höhe. In der Schließstellung ist daher dort
die Richtungsänderung der Membran größer, als es der Fall wäre, wenn die Rippe
61 b durchweg die gleiche Höhe hätte.
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Freilich hat diese Ausführungsform der Erfindung den Nachteil, daß
die Rippe 61 b im geöffneten Zustande des Absperrventils die Strömung durch
das Ventil beeinflußt. Es wird auch da keine Rippe zur Vergrößerung des Druckes
benötigt, wo das Druckelement die Membran gegen den ersten und zweiten Teil der
Sitzfläche drückt. Das schon erwähnte Spannen kann man am besten durch Vergleich
der Fig. 2 und 3 verstehen. Fig. 2 zeigt die Membran vor dem Spannen. Beispielsweise
zeigt Fig. 2 Gestalt und Ab-
messungen der Membran im ungespannten Zustand,
wie sie in Fig. 4 der Normalausführung dargestellt ist. Fig. 5 zeigt eine
andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Rippe 62 sich wiederum
an der Membran befindet und einen Teil derselben bildet. Es -ist aber hier keine
ringförmige Rippe 66 wie in Fig. 4 vorhanden. Zweck dieser ringförmigen Rippe
66 ist es, die Preßdichtung am Membranrand zwischen den Gehäuseflanschen
zu verbessern. Es ist jedoch nicht notwendig, diese ringförmige Rippe zu verwenden,
da der Membranrand zwischen zwei Metallflächen zusammengepreßt wird. Wo keine solche
ringförmige Rippe 66 verwendet wird, wie beispielsweise in Fig.
5, verjüngen sich beide Enden der kurzen Rippe 62 und gehen langsam
in die Meinbranfläche über. Das äußere Ende der Rippe verschwindet so am Anfang
des eingespannten Meinbranrandes.
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Die druckvergrößernde Rippe am dritten Teil der Sitzfläche kann auch
als Teil des Gehäuses an Stelle der Membran ausgebildet sein. Es kann aber auch
zusätzlich zur Rippe an der Membran eine Rippe ani Gehäuse vorhanden sein. Durch
die Zahl 80 in den Fig. 6 und 7 ist eine solche Rippe am Gehäuse
gekennzeichnet. Die in diesen Darstellungen gezeigten anderenTeile sind mit denselbenZahlen
gekennzeichzeichnet wie in den Fig. 1, 2 und 3.
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Zur Erzieluna, der besten Ergebnisse sollten diese Rippen an der dicksten
Stelle ungefähr ein Viertel der Dicke der Membran 44 haben.