DE19505747A1 - Membranventil - Google Patents

Description

Der Einspannbereich einer Ventilmembran ist besonderen Anforderungen unterworfen. In erster Linie dient er der Halterung der Membran, deren Randbereich während des Schließens und in der Schließstellung einem radial nach innen gerichteten Zug ausgesetzt ist. Falls keine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil des Gehäuses vorgesehen wird, kann der zwischen den Gehäuseteilen eingespannte Rand auch die Aufgabe der ruhenden Abdichtung übernehmen.

Die auf den Einspannbereich der Membran ausgeübte Dauerbeanspruchung führt, vor allem bei einem flachen Membranrand, oftmals zu einer gestaltlichen Veränderung, die schließlich zu einer Undichtigkeit des Gehäuses im betroffenen Bereich führen kann. Ein rechtzeitiges Nachspannen der den Membranrand beaufschlagenden Verschraubung vermag zwar den Zeitpunkt zu verschieben, an dem eine solche Undichtigkeit auftritt, sie kann den hierfür ursächlichen Prozeß aber nicht aufhalten.

Bei Membranen, die einen zwischen den Gehäuseteilen eingespannten Randwulst besitzen, ist die geschilderte Problematik nicht oder nur in geringem Maße gegeben. Die auf den Randwulst ausgeübte Flächenpressung muß nicht so hoch sein wie bei einem flachen Rand, da der großvolumige Wulst sich der ihn aufnehmenden Kammer anpaßt, so daß eine gute Abdichtung sichergestellt ist. Die Kammerung des Einspannbereiches stellt im übrigen eine dauerhafte Halterung sicher.

Die an sich vorteilhafte Kammerung des Randwulstes birgt jedoch ein Problem in sich, daß seine Ursache in einer nicht auszuschließenden unsachgemäßen Montage oder Wartung hat. Wird nämlich das von dem Hersteller eines solchen Membranventils vorgeschriebene Anzugsdrehmoment der Verschraubung um ein erhebliches Maß überschritten, so erfolgt eine radial nach innen gerichtete Verdrängung eines Teils des Membranmaterials des Randwulstes. An der rundum verlaufenden, die Kammer begrenzenden Engstelle, die durch die beiden Gehäuseteile gebildet wird, ergibt sich so eine Materialanhäufung, die vor allem während der Membranbetätigung zu Spannungen in diesem und im benachbarten Membranbereich führt. Diese Spannungen können zu einem Einreißen der Membranoberfläche und, zumindest bei Membranen ohne Faserverstärkung, schließlich zu einem Membranbruch führen.

Um ein über ein vorgeschriebenes Maß hinausgehendes Anziehen der Verschraubung zu vermeiden, könnten der Randwulst, die diesen aufnehmende Kammer und die Stirnflächen von Gehäuseunter- und -oberteil so gestaltet und bemessen werden, daß die maximal zulässige Pressung des Randwulstes erreicht wäre, wenn die Stirnflächen der Gehäuseteile zur Anlage aneinander kämen. Dies würde aber wegen der notwendigen Präzision einen hohen Aufwand bei der Fertigung der Membranen und der Gehäuseteile und möglicherweise zusätzliche Anpassungsarbeiten notwendig machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dem Oberbegriff des Anspruches 1 entsprechendes Membranventil zu schaffen, bei dem die Gefahr einer zu starken Pressung des Randwulstes auszuschließen ist, ohne daß zusätzliche Maßnahmen für eine höhere Genauigkeit bei der Teilefertigung oder Anpassungsarbeiten erforderlich werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Randwulst ein außenliegender lappenartiger Fortsatz angeformt ist, der zwischen einander entsprechenden Stirnflächen des Gehäuseoberteils und des Gehäuseunterteils angeordnet ist.

Der zwischen den Stirnflächen der Gehäuseteile angeordnete lappenartige Fortsatz stellt sicher, daß die Pressung des Randwulstes nicht über den zulässigen Wert hinaus erfolgt. Während nämlich der Randwulst aufgrund seiner Nachgiebigkeit durch die über die Verschraubung ausgeübte Kraft auch leicht über das zuträgliche Maß hinaus verformt werden kann, tritt bereits bei beginnender Pressung des lappenartigen Fortsatzes eine schlagartige Erhöhung des für das Anziehen der Verschraubung notwendigen Drehmomentes ein. Der weitere Verstellweg beim Anziehen der Verschraubung ist danach selbst bei hohem Kraftaufwand so gering, daß sich daraus kein nennenswerter Einfluß mehr auf die Pressung des Randwulstes ergibt. Somit wird auch der unwissende Benutzer daran gehindert, die Verschraubung über das zulässige Maß hinaus anzuziehen. Es kommt hinzu, daß der zwischen den Stirnflächen der Gehäuseteile vorhandene Spalt durch das Material des lappenartigen Fortsatzes ausgefüllt wird, also kein Luftspalt zwischen den Gehäuseteilen mehr besteht, welcher unerfahrene Benutzer oft zu der Annahme veranlaßte, das Gehäuse sei noch nicht vollständig festgeschraubt und müsse durch ein Nachspannen der Verschraubung gegen zu erwartende Undichtigkeiten abgesichert werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, den lappenartigen Fortsatz auf der der Stirnfläche des Gehäuseunterteils zugewandten Seite mit einer Dichtlippe zu versehen. Hierdurch wird eine die Sicherheit des Membranventils erhöhende Sekundärdichtung geschaffen. Außerdem wird vorgeschlagen, daß der lappenartige Fortsatz mit Öffnungen zur Durchführung der zur Einspannung der Membran dienenden Schrauben oder Gewindebolzen besitzt. Da diese Membranbereiche nicht auf Zug beansprucht werden, besteht hier auch keine Gefahr, daß die Öffnungen aufgeweitet werden und an ihnen eine Undichtigkeit auftritt.

Die Membran und der lappenartige Fortsatz können einstückig aus einem Material hergestellt sein, das den verschiedenen Anforderungen an Membran, Randwulst und lappenartigen Fortsatz entspricht. Die Membran und der lappenartige Fortsatz können aber auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und fest und dicht miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Kleben oder durch Vulkanisation. Dies bietet die Möglichkeit, den besonderen Anforderungen an die verschiedenen Teile durch eine gezielte Materialwahl zu entsprechen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Membranventils, die

Fig. 2 die im Membranventil der Fig. 1 verwendete Membran im entlasteten Zustand, und die

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Membran der Fig. 2.

Den Fig. 1 und 2 sind im übrigen vergrößerte Darstellungen des Einspannbereiches der Membran angefügt.

Das in der Fig. 1 dargestellte Membranventil besitzt ein Gehäuseunterteil 1, welches Anschlüsse 2, 3 und ein Wehr 4 umfaßt. Das Wehr 4 dient als Sitzfläche für die Membran 5, die in der Absperrstellung des Membranventils auf dem Wehr 4 zur dichtenden Auflage kommt.

Die Membran 5 ist mit Hilfe von vier Schrauben 6 fest eingespannt zwischen dem Gehäuseunterteil 1 und einem Gehäuseoberteil 7. Das Gehäuseoberteil 7 nimmt die für die Betätigung der Membran 5 notwendigen Elemente auf, wie eine mittels eines Handrades 8 zu drehende Spindel 9 und ein an der Spindel 9 befestigtes Druckstück 10.

Wie aus der Fig. 1 und vor allem aus den angefügten Vergrößerungen erkennbar ist, ist der Einspannbereich der Membran 5 in zwei miteinander verbundene Zonen untergliedert.

Hier ist erstens eine durch das Gehäuseunterteil 1 und das Gehäuseoberteil 7 gebildete Kammer 11 zu nennen, die einen Randwulst 12 der Membran 5 aufnimmt. Die Form und das Volumen des Randwulstes 12 sind so gewählt, daß sich beim Anziehen der Schrauben 6 eine Verformung und eine Pressung des Randwulstes 12 innerhalb der Kammer 11 ergeben. Der Randwulst 12 liegt somit fest und dicht an der Wandung der Kammer 11 an.

Mit Hilfe eines an das Gehäuseoberteil 7 angeformten Kragens 13 wird zwischen der Kammer 11 und dem Gehäuseinneren 14 eine Engstelle gebildet, durch welche ein Herausziehen des Randwulstes 12 aus der Kammer 11 verhindert wird. Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 macht im übrigen deutlich, daß der Kragen 13 außerdem eine Verformung eines ringförmigen, an den Innenumfang des Randwulstes 12 anschließenden Bereiches der Membran 5 verursacht. Dieser Bereich, der hier von einer ebenfalls ringförmigen Ausnehmung 15 durchzogen, aber nicht begrenzt wird, stellt eine besondere Problemzone solcher Membranen dar, die mittels eines Randwulstes in einem Gehäuse befestigt sind. Wird nämlich der Randwulst zu stark verformt, was mit Hilfe der Verschraubung wegen eines fehlenden spürbaren Widerstandes möglich ist, erfolgt eine Verdrängung von größeren Mengen des Membranmaterials in den Bereich der Engstelle. Dort ergeben sich insbesondere bei der Ventilbetätigung erhöhte Spannungen, die zu Rissen in der Membran und schließlich zu einem Membranbruch führen können.

Eine zu starke Pressung des Randwulstes 12 wird beim Erfindungsgegenstand durch die Gestaltung der zweiten Zone des Einspannbereiches verhindert. Ein an den Randwulst 12 anschließender lappenartiger Fortsatz 16, der zwischen zwei einander entsprechenden Stirnflächen des Gehäuseunterteils 1 und des Gehäuseoberteils 7 positioniert ist, begrenzt das Anziehen der Schrauben 6 allein dadurch, daß bei beginnender Pressung des lappenartigen Fortsatzes 16 das für ein Weiterdrehen der Verschraubung notwendige Drehmoment stark erhöht wird. Der erhöhte Widerstand bei der Schraubbewegung und der durch den lappenartigen Fortsatz verschlossene Spalt zwischen den Stirnflächen des Gehäuseunterteils 1 und des Gehäuseoberteils 7 geben auch dem Unkundigen die Gewißheit, daß ausreichende Halterung der Membran und Dichtheit des Ventilgehäuses gegeben sind. Die Angabe eines Anzugsdrehmomentes und die Verwendung eines Drehmomentschlüssels für die Verschraubung sind nicht mehr notwendig.

Wie der Fig. 2 entnehmbar ist, besitzt der lappenartige Fortsatz 16 noch eine Dichtlippe 17, die mit der Stirnfläche des Gehäuseunterteils 1 zur Herstellung einer Sekundärdichtung zusammenwirkt. Außerdem ist an dem lappenartigen Fortsatz 16 eine Fahne 18 angeformt, welche ein Kennzeichen für eine genaue Identifizierung der Membran 5 trägt. Schließlich sind in dem lappenartigen Fortsatz 16 Öffnungen 19 zur Durchführung der Schrauben 6 vorgesehen.

Claims (5)

1. Membranventil, welches mit einer in einem aus einem Gehäuseoberteil (7) und einem Gehäuseunterteil (1) bestehenden Gehäuse angeordneten Membran (5) ausgestattet ist, wobei die Membran (5) einen Randwulst (12) besitzt, der mit Hilfe einer außerhalb des Randwulstes (12) gelegenen Verschraubung (6) in einer Kammer (11) eingespannt ist, die durch das Gehäuseoberteil (7) und das Gehäuseunterteil (1) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Randwulst (12) ein außenliegender lappenartiger Fortsatz (16) angeformt ist, der zwischen einander entsprechenden Stirnflächen des Gehäuseoberteils (7) und des Gehäuseunterteils (1) angeordnet ist.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lappenartige Fortsatz (16) eine auf der Stirnfläche des Gehäuseunterteils (1) aufliegende Dichtlippe (17) besitzt.

3. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lappenartige Fortsatz (16) mit Öffnungen (19) zur Durchführung der zur Einspannung der Membran (5) dienenden Schrauben (6) oder Gewindebolzen besitzt.

4. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lappenartige Fortsatz (16) eine über die Außenkontur von Gehäuseoberteil (7) und Gehäuseunterteil (1) hinausragende, mit einem Kennzeichen versehene Fahne (18) besitzt.

5. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) und der lappenartige Fortsatz (16) aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei die beiden Teile (5, 16) fest und dicht miteinander verbunden sind.