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Membranventil Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einem im
wesentlichen zylindrischen Strömungsdurchlaß und einem Membransitz, der die innerhalb
des Ventils konvergierenden und tangential in die Wände des zylindrischen Strömungsdurchlasses
übergehenden Innenwände des Ventilgehäuses umfaßt, wobei die Membran ein Randstück
und ein gewölbtes Mittelstück hat und ein federnd nachgiebiges Stützkissen vorgesehen
ist, welches mit einem Randstück auf dem Randstück der Membran sitzt und ein in
das gewölbte Membranstück hineinstehendes gewölbtes Mittelstück hat.
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Bei der Verwendung eines nicht streckbaren, chemisch beständigen Werkstoffes
für die Membran eines Membranventils liegt eine Schwierigkeit darin, daß man zur
Erzielung des erforderlichen Anpreßdruckes der Membran an den Membransitz nicht
auf eine Streckung des Materials der Membran zurückgreifen kann, weil solches Material
eine derartige Streckung nicht aushält. Bei Gummimembranen konnte man durch Streckung
des Membranmaterials demgegenüber auf einfache Weise eine gute Abdichtung erreichen,
die insbesondere auch an dem Übergang zwischen dem Randstück der Membran und ihrem
Mittelstück wirksam war.
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Versuche, einem starren Kompressionsstück zum Anpressen einer nicht
streckbaren Membran an ihren Membransitz eine solche Form zu geben, daß im Schließzustand
überall eine ausreichende Anpressung gegeben ist, sind wegen der verschiedenen Neigungen
und Materialstärken im Anlagebereich zwischen Membransitz und Membran erfolglos
geblieben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung
eines nicht streckbaren, chemisch beständigen Werkstoffes für die Membran eine einwandfreie
Abdichtung in der Schließstellung bei häufiger Betätigung während eines langen Zeitraumes
zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Membranventil
der eingangs genannten Art so gestaltet, daß die Membran in der Schließstellung
des Ventils im wesentlichen ungestreckt ist und daß das gewölbte Mittelstück des
Stützkissens in ungestrecktem Zustand ein Stück von dem gewölbten Mittelstück der
Membran entfernt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um das gewölbte Mittelstück
des Stützkissens an das gewölbte Mittelstück der Membran anzudrücken und so die
gewölbten Mittelstücke von Membran und Stützkissen unter Druck zu und an den Membransitz
anzupressen.
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Bei einer solchen Anordnung läßt sich das federnd nachgiebige Stützkissen
mit der gewünschten Anpreßkraft an den Membransitz andrücken, wobei zwischen dem
federnden Stützkissen und dem Membransitz die Membran selbst angeordnet ist und
ohne eigene Streckung die eigentliche Abdichtung an dem Ventilsitz bewirkt. Auch
am Übergang vom Randstück zu dem Mittelteil der Membran preßt das Material des federnd
nachgiebigen Stützkissens die Membran fest an und sorgt für eine gute Abdichtung,
ohne aber dabei eine schädliche Streckung hervorzurufen.
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Zum Stand der Technik sei erwähnt, daß es an sich Verbundmembranen
aus Gummi und Kunststoff gibt, bei denen die beiden Bestandteile aber jeweils immer
der gleichen Streckung unterworfen wurden und daher die Gefahr eines Zerreißens
der Kunststoffmembran bei zu starker Streckung bestand.
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Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß zum Unterdrucksetzen
des Stützkissens ein an sich bekanntes Kompressionsstück dient.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß man
in ebenfalls an sich bekannter Weise in die Membran Mittel zum Verbinden der Membran
mit dem Kompressionsstück einbettet.
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Vorzugsweise läßt die Verbindung zwischen der Membran und dem Kompressionsstück
eine gegenseitige Bewegung von Kompressionsstück und Membran zu. Dazu wird erfindungsgemäß
die Anordnung
so getroffen, daß die Membran und das Kompressionsstück
durch einen Bolzen verbunden sind, dessen eines Ende in die Membran eingebettet
ist, während der Mittelteil verschiebbar durch das Stützkissen hindurchgeht, wodurch
das andere Ende des Bolzens mit einer Spielverbindung an das Kompressionsstück angeschlossen
ist. Eine solche Ausgestaltung erleichtert auch die Montage des Kompressionsstückes
mit dem Stützkissen und der Membran, weil das Stützkissen und die Membran für den
Einbau in verzerrungsfreiem Zustand sein können.
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Das Membranventil läßt sich vorteilhaft in an sich bekannter Weise
so ausgestalten, daß sich der Membransitz von dem Flausch an der Öffnung entlang
der Gehäuseinnenwand bis zur gegenüberliegenden Seite des Flansches erstreckt. In
ebenfalls an sich bekannter Weise wird vorzugsweise die Anordnung so getroffen,
daß der Strömungsdurchlaß zwei Endöffnungen hat und eine erste zylindrische Fläche
zwischen den Endöffnungen sowie ein zweites konisches Stück, welches auf entgegengesetzten
Seiten des Gehäuses von der die erste zylindrische Fläche tangierenden Seitenöffnung
ausgeht, wobei der Membransitz ein länglicher, schmaler Streifen ist, der an den
ersten und zweiten Flächenteilen des Strömungsdurchlasses befestigt ist und sich
in einer zu dem Strömungsdurchlaß rechtwinkligen Ebene erstreckt.
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Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung
an Hand von Zeichnungen. F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Membranventil,
bei dem die Membran bereits in der Schließstellung liegt, während ein auf die Membran
einwirkendes Stützkissen und ein Kompressionsstück die Schließstellung noch nicht
erreicht haben; F i g. 2 ist eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, bei der
auch das Stützkissen und das Kompressionsstück in die Schließlage übergeführt sind;
F i g. 3 ist ein längs der Linie 3-3 durch die F i g. 2 gelegter Querschnitt; .
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F i g. 4 ist ein längs der Linie 4-4 durch die F i g. 3 gelegter Querschnitt
und zeigt das Membranventil in der Offenstellung; F i g. 5 ist eine der F i g. 2
entsprechende Darstellung mit dem Membranventil in der Offenstellung. Das in den
Zeichnungen dargestellte Membranventil hat ein Ventilgehäuse 10 mit einem Strömungsdurchlaß
12, welcher sich durch das Ventilgehäuse 10 zwischen gegenüberliegenden Endöffnungen
14 ; und 16 mit Anschlußflanschen 18 erstreckt. Der Strömungsdurchlaß 12 ist im
wesentlichen gerade und hat auf seiner ganzen Länge im wesentlichen zylindrischen
Querschnitt. Zwischen den Enden des Strömungsdurchlasses 12 befindet sich eine im
; wesentlichen zylindrische und von einem Flansch 24 umgebene Membranöffnung 22.
Der Flansch 24 liegt in einer zu dem Strömungsdurchlaß 12 parallelen Ebene 26. Von
dem Flansch 24 aus konvergieren die Innenwände des Ventilgehäuses nach innen und
ver- e einigen sich im wesentlichen tangentiaI mit den zylindrischen Wänden des
Strömungsdurchlasses. Die Tangentenpunkte sind bei 27 gezeigt (F i g. 3 und 4).
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Der Flansch 24 dient als Spannfläche für die Randstücke 34 und 32
einer Membran 30 aus nicht s streckbarem, chemisch beständigem Kunststoff und eines
federnd nachgiebigen Stützkissens 28 aus Gummi od. dgl. Die Membran und das Stützkissen
haben gewölbte Mittelstücke 38 und 36, die zueinander ausgerichtet sind.
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Die Randstücke 32 und 34 sind mittels eines Flansches 40 einer Ventilhaube
42 und Schrauben 44 5 an dem Flansch 24 des Ventilgehäuses festgeklemmt.
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Die schrägen Seiten der gewölbten Mittelstücke 36 und 38 des Stützkissens
und der Membran sind dünn genug ausgeführt, um eine Verlagerung zwischen der Offenstellung
(F i g. 5) und der Schließstellung (F i g. 2) mittels des Kompressionsstückes 46
zu gestatten. Dazu dient die Betätigungsvorrichtung 48. Das aus Gummi od. dgl. hergestellte
Stützkissen 28 und die z. B. aus Polytetrafluoräthylen bestehende Membran 30 sind
Formteile von der in F i g.1 gezeigten Gestalt.
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Während die Membran 30 eine solche Gestalt hat, daß sie in der Schließstellung
ohne Streckung an dem Membransitz an den Innenwänden des Ventilgehäuses anliegt,
liegt das Stützkissen 28 in .ungestrecktem Zustand um einen Zwischenraum 50 von
der Innenseite der Membran entfernt.
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Die Außenfläche 51 des Kompressionsstückes ist der Innenfläche des
Stützkissens 28 angepaßt und kann dieses bei Betätigung des Kompressionsstückes
46 durch Drehen des Handrades 52 strecken und in Berührung mit der Innenfläche der
Membran bringen. Dabei läßt sich die gewünschte Anpreßkraft aufbringen.
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Die Verbindung zwischen der Membran 30 und dem Kompressionsstück 46
lä.ßt eine gegenseitige Bewegung von Kompressionsstück und Membran zu: In eine Verdickung
60 des Mittelstückes der Membran 30 ist mit seinem Kopf ein Bolzen 58 eingelassen.
Der Schaft 62 des Bolzens geht von der Innenfläche der Membran nach außen und innerhalb
der Mittellinie 64 durch eine Öffnung 66 des Stützkissens 28 in eine Ausnehmung
68 des Kompressionsstückes 46 hinein. Dabei ist der Schaft 62 des Bolzens 58 in
eine in der Ausnehmung 68 ruhende Mutter 70 eingeschraubt, die in der Ausnehmung
frei in Richtung der Mittellinie 64 beweglich ist. Eine Drehung der Mutter 70 wird
mittels einer Stellschraube 72 verhindert, die auf eine Fläche 74 der Mutter 70
wirkt. Nach unten ist die Bewegung der Mutter 70 durch den unteren Teil 75 des Kompressionsstückes
begrenzt.
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Auf Grund dieser Anordnung ist die Membran 30 nicht gezwungen, dem
Stützkissen unmittelbar zu folgen, wenn die Betätigungsvorrichtung das Kompressionsstück
46 in die Öffnungsstellung überführt. Es ist somit möglich, die Membran und das
Stützkissen beim Zusammenbau in entspanntem Zustand ohne Verwerfungen einzusetzen.
In der Schließstellung wird die Membran 30 zwar durch den von dem Stützkissen 28
und dem Kompressionsstück 46 ausgeübten Druck an den Membransitz des Ventilgehäuses
angepreßt, ist aber selbst keiner Streckung unterworfen.
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Zu der Betätigungsvorrichtung 48 gehört eine Spindel 78, die
mit Gegengewinde in einer Buchse 80 zusammenwirkt. Die Buchse 80 ist in einer Bohrung
82 der Haube 42. Die Buchse ist mittels eines Kugellagers 84, einer Anlagefläche
86 und eines Ansatzes 87 drehbar in der Haube gelagert.
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Das Kompressionsstück 46 hat Arme 88, die in Führungsleisten 90 der
Haube 42 geführt sind: Am oberen Ende des Kompressionsstückes 46 ist eine Buchse
92 vorgesehen, innerhalb deren das
untere Ende der Spindel 78 mittels
eines Stiftes 76 festgemacht ist. In einer das untere Ende der Spindel 78 aufnehmenden
Bohrung 94 der Hülse 92 befindet sich unterhalb des unteren Endes der Spindel eine
Scheibe, die sich auf einer Schulter 98 abstützt, mit der die Bohrung 94 in die
im Durchmesser kleinere Ausnehmung 68 übergeht. Die Scheibe dient zur Übertragung
der von der Spindel aufgebrachten Anpreßkraft auf das Kompressionsstück 46, während
die das untere Ende der Spindel 78 an dem Kompressionsstück haltenden Stifte
76 in ihren Führungslöchern Spiel haben und nur zum Zurückziehen des Kompressionsstückes
dienen.
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Wie die Zeichnungen zeigen, ist das gewölbte Mittelstück der Membran
aus drei Teilen aufgebaut. Der erste Teil 38a beginnt an dem eingespannten Randstück
34 und bildet ein erstes schräges Seitenwandstück von im wesentlichen gleichmäßiger
Dicke. Ein sich daran anschließendes zweites schräges Seitenwandstück
38 b hat fortgesetzt steigende Dicke, und der dritte Teil 60 schließlich
ist wesentlich dicker als die beiden anderen Teile und nimmt den Bolzen 58 auf.
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Diese Ausgestaltung stellt sicher, daß die rollende, elastische Formänderung
der Membran mit Sicherheit in dem Teil 38a stattfindet. Das veranschaulichen die
F i g. 4 und 5.
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Die Außenfläche des gewölbten Mittelstückes des Stützkissens hat eine
Gestalt, die derjenigen der Membraninnenfläche konform ist, wenn das Stützkissen
durch das Kompressionsstück in Eingriff mit der Membran gebracht worden ist, um
das Ventil zu schließen.