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Absperrventil mit Magnetantrieb Die Erfindung bezieht sich auf ein
mittels eines Magnetankers hilfsgesteuertes Absperrventil, dessen die Durchflußöffnung
abschließende Membran ankerseitig mit einem tellerartigen, die Membran mit einer
Anformung durchdringenden, die Ablauföffnung aufnehmenden Teil unterlegt ist, wobei
.in der Membran Druckausgleichsöffnungen vorgesehen sind.
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Bei einer bekannten Anordnung der Art ist der tellerartige Ansatz
am Hilfsventilsitz derartig ausgebildet, daß er sich über die Druckausgleichsöffnungen
in der Membran hinweg in einem gewissen Abstand zu ihr in geöffnetem Zustand erstreckt
und einen gegen die Membran weisenden Ringwulst trägt, gegen den sich die Membran
bei der Schließbewegung zunehmend anlegt.
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Bei dieser Anordnung ist die Membran als glatte Scheibe relativ steif
ausgeführt, wobei zusätzlich die Änderung der Größe der Ausgleichsöffnungen eine
Verlangsamung der Schließbewegung bedeutet. Hiermit ist aber auch die Dichtigkeit
des Ventils bei kleinen Drücken in Frage gestellt.
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Es ist weiterhin bekannt, zwischen äußerem Dichtrand und einem Mittelteil
einer Ventilmembran eine geschwächte Randzone vorzusehen.
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Bei diesen Ventilen sind die Druckausgleichsöffnungen jedoch im Bereich
der geschwächten Randzone vorgesehen. Somit wird die geschwächte Randzone von dem
in der Druckausgleichsöffnung mit hoher Geschwindigkeit strömenden Medium beaufschlagt,
was unterschiedliche Dehnungen und damit verbundene Alterungen zur Folge hat. Unterschiedliche
Öffnungsgröße der Druckausgleichsöffnungen beeinträchtigt aber auch das öffnen und
Schließen des Ventils und die damit entstehenden Druckstöße nicht unerheblich.
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Zur Verstärkung des Mittelteils der Membran mittels unterlegtem Teller
unter Beibehaltung der Beweglichkeit der Membran ist zur besseren Führung und zum
Vermeiden von Verkantungen bereits vorgeschlagen worden, den Teller mit einem Führungs-und
Verstärkungsteil zu versehen, das in die Flüssigkeitsauslaßöffnung hineinragt. Mit
der vorgeschlagenen Anordnung können auf einfache Weise bei guter Abdichtung der
Flüssigkeitsauslaßöffnung Rückwirkungen der Membran auf den Anker und damit ein
Flattern des Ventils bei erhöhten Betriebs- und Staudrücken verhindert werden.
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Beim Gegenstand der Erfindung werden unter Vermeidung der Nachteile
bei den bekannten Anordnungen die beim Öffnen und Schließen des Ventils einlaßseitig
entstehenden Druckstöße noch kleiner gehalten, wobei die Durchflußmenge und die
bei kleinen Drücken noch zu erzielende Dichtigkeit des Ventils gesteigert werden
kann.
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Dies geschieht auf besonders einfache Weise dadurch, daß die mit einer
in an sich bekannter Weise zwischen äußerem Dichtrand und einem Mittelteil mit einer
geschwächten, bewegungsweichen Randzone versehene Membran in ihrem Mittelteil von
einem die Druckausgleichsöffnung aufnehmenden Ansatz des Tellers durchdrungenen
und mit einer zentrischen Öffnung am Teller anliegend von einem Führungs- und Verstärkungsteil
des Tellers gehalten ist. Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt in öffnungsrichtung
als weiche Membran und verhält sich in Schließrichtung wie ein starrer Kolben.
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Dadurch, daß der an der Ventiltellerfläche anliegende Mittelteil der
Membran nur zwischen den Flügeln des Führungs- und Verstärkungsteiles und der Ventiltellerfläche
gehaltert ist, wird erreicht, daß die zwischen den Flügeln liegenden Membranteile
sich beim Öffnen und Schließen des Ventils gegen den Rand der Flüssigkeitsauslaßöffnung
durchwölben, so daß ein plötzliches Öffnen und Schließen des Ventils sicher vermieden
wird. Die .Stärke des am Ventilteller anliegenden Mittelteiles der Membran läßt
sich weitgehend unabhängig von der Stärke der Randzone, d. h. ohne die Federkennlinie
der Membran zu beeinflussen, auf das gewünschte Maß der Verwölbung der zwischen
den Flügeln liegenden Teile der Membran abstimmen. Gleichzeitig läßt sich mit der
Stärke des Mittelteils auch der in Verschluß= bewegungsrichtung gewünschte Dichtquerschnitt
für die Flüssigkeitsauslaßöffnung leichter bestimmen. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn die Ringwulst der Randzone bei der Betätigungsbewegung des Ventils mit
einer Flanke an einer konischen Mantelfläche des Ventiltellers abrollt, weil dadurch
beim Schließen des Ventils der starre Ventilteller schneller als
Kolben
wirksam wird. Dadurch sind kleine Staudrücke zu erzielen. Durch die dünne Ringwulst
wird ein volles Öffnen der Membran bereits bei kleinsten Drücken erreicht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
und die Wirkungsweise erläutert.
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Sie zeigt das erfindungsgemäße Ventil in einem Axialschnitt unter
Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Teile, wobei
in der linken Hälfte der Zeichnung das Ventil in geschlossenem und in der rechten
Hälfte in geöffnetem Zustand dargestellt ist.
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Der den mit Polflächen 18 und Erregerwicklung 20 versehenen Magneten
8 aufnehmende Unterteil 12 des Ventils ist mit dem den Ein- und Auslaß enthaltenden
Oberteil 13 unter Einfügung einer Membran 4 mit Ventilteller 30 sowie der
Dose 23 durch nicht gezeichnete Schrauben dichtend verbunden. über einen Einlaßstutzen
1 tritt die Flüssigkeit in den Ventilraum 2 ein, der gegenüber dem Auslag 3 durch
die Membran 4 abschließbar ist. Durch Membran 4, Ventilteller 30 und Dose 23 wird
ein Druckraum 6 gebildet, der mit dem Ventilraum 2 über eine Druckausgleichsöffnung
5 in Verbindung steht. Der Ventilteller 30 besitzt einen an den Wandungen des Flüssigkeitsauslasses
3 mit Flügeln 32 längsverschieb= lich gelagerten Führungs- und Verstärkungsteil
31, der auch die zentrisch angeordnete Ablauföffnung 10 aufnimmt: Die Dose 23 liegt
bodenseitig auf den Polflächen 18 des Magneten 8 auf. Die Wandungen der Dose 23
bilden einen Druckring 15, der zusammen mit einem ungeformten Steg 28 mit Führungsteil
29 und den formschlüssig eingelegten Polplatten 19 in eine den Druckring 15 am oberen
Rand 17 umgreifende Hülle aus nichtmagnetischer Metallfolie eingesetzt ist. Im Druckraum
6 ist ein als Rundscheibe ausgebildeter Flachanker 7 unter Zwischenschaltung einer
vorzugsweise als Kunststoffspritzteil gefertigten, etwa pilzförmigen Halterung 21
längsverschieblich, federbelastet und zentrisch am Boden der Dose 23 derart geführt,
daß die Halterung 21 mit einem zentrisch aasgeformten Zapfen 26 unter Zwischenschaltung
einer Druckfeder 27 in das hohlzylinderförmige Führungsteil 29 eingesetzt ist. Es
ist vorteilhaft, wenn außer der Halterung 21 auch der Ventilteller 30 mit Führungs-
und Verstärkungsteil 31, der Druckring 15 sowie der Steg 28 mit Führungsteil 29
aus elastischem, formbeständigem Kunststoff, z. B. einem auf Acetal-Harz-Basis,
bestehen.
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Zur Steuerung der Ablauföffnung 10 ist an der Deckfläche der den Anker
gegen den Ventilteller abdeckenden Pilzkappe 39 eine gummielastische Dichtung 44
gehaltert, die mit einer planen Fläche 45 eine ringförmige Dichtungsfläche 46 an
der Ablauföffnung 10 abdichtet.
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Die Wirkungsweise des Ventils ist an sich bekannt. Durch Öffnen bzw.
Schließen der Ablauföffnung, d. h. Anziehen oder Abfallen des Ankers 7, kann diese
mit Hilfe der' Dichtung 44 geöffnet oder geschlossen werden. Bei geschlossener Ablauföffnung
10, d. h. abgefallenem Anker, wird die Membran 4 durch den sich vom Einlaß 1 her
über die Druckausgleichsöffnung 5 im Raum 6 aufbauenden Druck gegen den Ventilsitz;53
gepreßt. Bei geöffneter Ablauföffnung 10 kann sich der Druck im Raum 6 zum Auslaß
3 hin abbauen, so daß die Membran durch den vom Einlaß 1 her wirkenden Druck in
der Offenstellung gehalten wird.
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß der am Ventilteller 30 anliegende
Mittelteil 49 der Membran 4 mit dem eingespannten äußeren Dichtrand 14 durch eine
als Ringwulst 50 ausgebildete, geschwächte Randzone verbunden ist. Der Mittelteil
39 der Membran ist mit seiner zentrischen Öffnung auf den Ventilteller 30 so aufgeknöpft,
daß der Rand 34 der zentrischen Öffnung nur zwischen den Flügeln 32 des Führungs-
und Verstärkungsteiles 31 und der oberen Fläche des Ventiltellers 30 zu liegen kommt.
Die eingangs erläuterten, beim öffnungs- und Schließvorgang entstehenden Verwölbungen
der Membran zwischen den Flügeln 32 können, abgesehen von der Formgebung der Membran
4, auch durch eine Änderung der Flügelanzahl und -form am Führungs- und Verstärkungsteil
31 in gewünschter Weise beeinflußt werden. Die Ringwulst 50 ist in Richtung des
Ankers 7 gewölbt und liegt in geschlossenem Zustand des Ventils mit einer Flanke
51 an einer konischen Mantelfläche 52 des Ventiltellers 30 an. Bei der Öffnungsbewegung
des Ventils rollt die Membran mit der Flanke 51 an der konischen Mantelfläche 52
des Ventiltellers 30 ab. Die Druckausgleichsöffnung 5 wird durch einen am Ventilteller
30 aasgeformten Ansatz 54 gebildet, der durch eine entsprechende Öffnung im Mittelteil
49 der Membran 4 ragt. Hierdurch ist bewirkt, daß die Membran nicht von dem in der
Druckausgleichsöffnung mit hoher Geschwindigkeit strömenden Medium beaufschlagt
wird. Auch lassen sich in den Ansatz 54 leicht Rippen oder Flügel einformen, die
eine Verstopfung der Druckausgleichsöffnung 5 verhindern.
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Das Verhältnis der Öffnungsweiten der Druckausgleichsöffnung 5 zur
Ablauföffnung 10 muß von Fall zu Fall bestimmt werden. Dabei ist zu beachten, daß
durch eine kleine Ausgleichsbohrung 5 der Schließdruck der Membran verringert werden
kann. Ein kleiner Schließdruck für das Ventil wird auch erreicht durch die kolbenähnliche
Anordnung der Membran 4, derart, daß die Membran 4 vor dem vollständigen Schließen
des Ventils mit einer möglichst großen Fläche als steife Scheibe wirkt. Die geschilderten,
im Sinne einer Verkleinerung des Schließdruckes wirkenden Maßnahmen unterstützen
nicht nur das weiche Öffnen und Schließen des Ventils, sondern vergrößern teilweise
auch den öffnungsweg der Membran und die bei kleinen Drücken noch zu erzielende
Dichtigkeit.