DE19730035A1 - Membranventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Membranventil nach Oberbegriff von Anspruch 1.

Solche Membranventile werden eingesetzt beispielsweise in Spritzkabinen zur Steuerung des Durchflusses des Arbeits­ fluids, zum Beispiel Lack mit einer Härterkomponente. Die Membran liegt zwischen der ersten und der zweiten Seite und dichtet diese gegeneinander ab. An der zweiten Seite, die ge­ gen den Betriebsdruck, mit dem das Arbeitsfluid beaufschlagt ist, abgedichtet ist, greift eine Steuerkraft an. Es kann beispielsweise eine Spindel vorgesehen sein, welche die Kraft auf das Membranventil ausübt. Das Membranventil kann auch pneumatisch getrieben sein.

Der Ventilkörper steuert den Durchfluß des Arbeitsfluids durch die Eintrittsöffnung. In einer Offenstellung des Ven­ tilkörpers fließt das Arbeitsfluid über die Eintrittsöffnung in den sich anschließenden Ringspaltraum, daraufhin über die Durchbrüche in den Ringsammelraum. Aus dem Ringsammelraum fließt das Arbeitsfluid dann über die Austrittsöffnung ab. Die Austrittsöffnung ist dem Ringsammelraum nachgeordnet. Das Arbeitsfluid muß demnach zuvor zumindest teilweise den Ring passieren und gelangt dann an die Austrittsöffnung.

Ein solches Membranventil hat den Nachteil, daß während des Betriebes Mengen des Arbeitsfluids so lange innerhalb des Ventiles verbleiben, daß diese vercracken können. Dies hat eine teilweise Verengung oder sogar die vollständige Verstop­ fung von Teilen des Förderweges des Arbeitsfluids zur Folge. Wenn Teile von vercracktem Arbeitsfluid sich lösen und dann gefördert werden, können - beispielsweise bei einer Lackier­ vorrichtung - Teile der Anlage verstopfen und dadurch un­ brauchbar werden. Weiterhin hat dies zur Folge, daß ein etwaiger Sprühstrahl dadurch Inhomogenitäten aufgeprägt be­ kommt. Schließlich wird vercracktes Material auf die zu lac­ kierenden Oberflächen aufgebracht und diese dadurch unregel­ mäßig bearbeitet. Besonders problematisch ist die Vercrackung innerhalb des Membranventils, falls dieses nacheinander zur Steuerung des Durchflusses unterschiedlicher Arbeitsfluide verwendet wird. Die verklumpten und festgesetzten Anteile des zuerst verwendeten Arbeitsfluids werden dann mit den darauf­ folgend verwendeten Arbeitsfluid vermischt. Dies resultiert in unterschiedlichen Farbanteilen bei der Lackierung. Eine solche Lackierung ist grundsätzlich unbrauchbar und bedeutet einen hohen Ausschußanteil.

Auch bei nicht stattfindender Vercrackung bedeutet das Verbleiben von Mengen des Arbeitsfluids im Membranventil einen großen Nachteil: Bei einem Wechsel des Arbeitsfluids, wie oben erwähnt, vermischen sich nämlich diese verbleibenden Mengen des erstmalig verwendeten Arbeitsfluids mit dem später verwendeten und führen zu den oben genannten Schäden. Um die verbleibenden Mengen zu entfernen, muß also stets ein ent­ sprechend lange andauernder Spülungsvorgang zwischengeschal­ tet werden. Bei einem konventionellen Membranventil ist je­ doch selbst nach lange andauerndem Spülvorgang niemals si­ chergestellt, daß das Arbeitsfluid vollständig aus dem Mem­ branventil entfernt ist, da es vercrackt sein und sich an den Wänden abgelagert haben kann. Das Spülfluid geht stets den Weg des geringsten Widerstands. Folglich werden die ver­ crackten Partien nicht oder nur unvollständig gespült.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Membranventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß im kontinuierlichen Betrieb praktisch allerorts von dem Arbeitsfluid durchströmt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die zu lange Verweildauer des Arbeitsfluids in herkömmlichen Mem­ branventilen durch die Ausbildung von zu schwach durchström­ ten Zonen oder gar von Totzonen ohne nennenswerte Strömung bedingt ist. Die im wesentlichen symmetrische Ausbildung von Ringspaltraum und Ringsammelraum hat nämlich im Zusammenwir­ ken mit der meist asymmetrisch auf einer Seite des Ringes an­ geordneten Austrittsöffnung ein stark ungleichmäßiges Strö­ mungsprofil entlang des Umfangs des Ringsammelraums zur Fol­ ge. Das Arbeitsfluid fließt nämlich entlang der Wege mit dem geringsten Strömungswiderstand ab. Bei einheitlichem Quer­ schnitt des Ringsammelraums und damit gleichem Strömungswi­ derstand der Umfangsabschnitte fließt es bevorzugt über den kürzesten Weg von der Einlaßöffnung zur Austrittsöffnung.

Der Strömungswiderstand ist sowohl in der Umfangsrich­ tung des Ringspaltraumes als auch des Ringsammelraums bei herkömmlichen Membranventilen gleichförmig. Das Arbeitsfluid strömt dann hauptsächlich über den der Austrittsöffnung am nächsten gelegenen Durchbruch vom Ringspaltraum in den Ring­ sammelraum und von dort über den Weg des geringsten Widerstan­ des direkt in die Austrittsöffnung. Ein Durchbruch, welcher in Umfangsrichtung weiter von der Austrittsöffnung entfernt liegt, ist vom Strömungsverlauf weniger begünstigt. Daher fließt über einen solchen Durchbruch weniger des Arbeits­ fluids oder gar kein Arbeitsfluid ab. Dies bedingt notwendi­ gerweise eine Verlangsamung beziehungsweise einen Stillstand der Strömung des Arbeitsfluids in den Bereichen des Ring­ spaltraums und des Ringsammelraums, die in Umfangsrichtung weiter entfernt von der Austrittsöffnung angeordnet sind.

Durch die Erweiterung des Querschnittes des Ringsammel­ raums von einem der Durchbrüche in Richtung zur Austrittsöff­ nung wird eine in diese Richtung verlaufende Abnahme des Strömungswiderstandes erzielt. Ein solcher Ringspaltraum be­ günstigt daher die Strömung des Arbeitsfluids von weiter von der Austrittsöffnung entfernt liegenden Durchbrüchen zur Aus­ trittsöffnung hin. Der Anteil des an den Wandungen haftenden Fluidums bei geringerem Querschnitt ist größer als bei größe­ rem Querschnitt des Ringspaltraums. Dieser Effekt kann da­ durch unterstützt werden, daß die umfangsmäßig nahe an der Austrittsöffnung liegenden Bereiche einen geringeren Strö­ mungswiderstand aufweisen, z. B. aus demselben Material wie der Rest des Ringsammelraums bestehen mit demgegenüber glat­ teren Wänden. Der Effekt wird zumindest in der Richtung er­ zielt, in der sich der Querschnitt des Ringsammelraums erwei­ tert. Auf diese Weise wird eine Strömung auch von entfernte­ ren Durchbrüchen hin zur Austrittsöffnung erzwungen. Diese erzwungene Strömung führt dazu, daß in jedem Fall das Ar­ beitsfluid in allen Umfangsabschnitten des Ringsammelraumes fließt. Es vermeidet die Bildung von Totzonen und von Zonen, in denen das Fluid sehr langsam fließt.

Um in dem den Durchbrüchen vorgeschalteten Ringspaltraum die Bildung von Totzonen oder gering bewegten Zonen zurückzu­ drängen, können insbesondere mehr als zwei Durchbrüche vom Ringspaltraum in den Ringsammelraum vorgesehen sein. Dadurch wird das Arbeitsfluid an drei oder mehr Stellen aus dem Ring­ spaltraum abgezogen. Gleichzeitig wird der Zwischenraum zwi­ schen zwei benachbarten Durchbrüchen dadurch verringert. Ins­ gesamt strömt das Arbeitsfluid dann schneller und gleichmäßi­ ger aus dem Ringspaltraum ab. In diesem Fall jedoch entsteht in dem Ringsammelraum bei einem herkömmlichen Membranventil ein Stau des Arbeitsfluids. Dieser wird dadurch verursacht, daß bei über den gesamten Umfang gleichmäßigen Querschnitt des Ringsammelraumes das Arbeitsfluid sich ausgehend von dem von der Austrittsöffnung am weitesten entfernten Durchbruch bis hin zu der Austrittsöffnung ansammelt. Im kontinuierli­ chen Betrieb ist jedoch der Ringsammelraum an jeder Stelle mit dem Arbeitsfluid ausgefüllt. Bei mehr als zwei Durchbrü­ chen kann zudem beispielsweise ein Durchbruch zwischen dem am weitesten von der Austrittsöffnung entfernten Durchbruch und der Austrittsöffnung liegen. Bei gleichmäßiger Strömung in Umfangsrichtung müßte folglich das sich bereits in dem Ring­ sammelraum befindliche Medium komprimiert werden, damit durch diesen Durchbruch noch zusätzlich in den bereits gefüllten Ringsammelraum Arbeitsfluid hinzufließen kann. Dies wirkt einer Strömung, die den gesamten Ringsammelraum gleichförmig ausfüllt, entgegen. Wie oben dargelegt ist nämlich eine gleichmäßige Strömung durch einen Ringsammelraum mit mehr als zwei Durchbrüchen schon nach dem Prinzip der Erhaltung der Masse jedenfalls dann ausgeschlossen, wenn keine Kompression stattfindet. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß bereits eine Flüssigkeit wie Wasser praktisch inkompres­ sibel ist. In einem herkömmlichen Membranventil wird daher bei mehr als drei Durchbrüchen praktisch niemals eine gleich­ mäßige Strömung herzustellen sein, die den gesamten Ringsam­ melraum erfaßt.

Dieses Problem wird durch die Erfindung gelöst. Durch die Erweiterung des Querschnittes des Ringsammelraums wird der Zustrom über alle Durchbrüche gleichzeitig und mit prak­ tisch vergleichbarer Durchflußrate durch jeden Durchbruch ge­ währleistet. Der Ansammlung der durch die Durchbrüche zuge­ führten Masse wird durch die Erweiterung des Querschnittes Rechnung getragen.

In einem so ausgebildeten Membranventil bildet sich eine Strömung aus, die im wesentlichen den gesamten Ringspaltraum und den gesamten Ringsammelraum erfüllt. Die Strömung ist auch nicht lokal so langsam, daß etwa ein organisches Ar­ beitsfluid aufgrund zu langer Verweildauern vercrackt. Dies gilt jedenfalls für in Spritzkabinen für Lackieranwendungen übliche Betriebsbedingungen, das heißt übliche Temperaturen, Drücke etc. Durch die günstigen Strömungsverhältnisse wird der gesamte Arbeitsraum des Membranventils für das Arbeits­ fluid erfaßt und durchspült. Bei einem Wechsel des Arbeits­ fluids wird das vorherige Arbeitsfluid daher in kurzer Zeit vollständig aus dem Arbeitsraum des Membranventils entfernt. Dabei bleiben die günstigen Eigenschaften des Membranventils, wie beispielsweise die gute Dichtigkeit sowie Verzicht auf sämtliche mechanischen Durchführungen zur Steuerung des Ven­ tils, die druckdicht sein müßten, erhalten.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Die oben beschriebenen Effekte werden dadurch optimiert, daß der Größtquerschnitt im Bereich der Austrittsöffnung eingenommen wird. Der Größtquerschnitt wird dabei in dem Um­ fangsbereich des Ringsammelraums angenommen, welcher der Austrittsöffnung in Flußrichtung des Arbeitsfluids gesehen am nächsten liegt. Dann nimmt nämlich der Strömungswiderstand in beiden Umfangsrichtungen zur Austrittsöffnung hin ab. Des­ gleichen nimmt in beiden genannten Richtungen das Volumen des Ringsammelraums zu. Daher wird der gesamte Umfang des Ring­ sammelraums zur Erzielung der erwünschten Effekte ausgenutzt.

Es entsteht ein insgesamt geringerer Strömungswiderstand der Austrittsöffnung, wenn die Austrittsöffnung den Ringsam­ melraum mit größtmöglicher Durchdringungskurve im Bereich des Größtquerschnittes schneidet. Diese Ausbildung der Austritts­ öffnung begünstigt die gleichmäßige Entnahme des Arbeits­ fluids über die Austrittsöffnung. Hierdurch wird insbesondere die Ausbildung von Tot- und Wirbelzonen, bedingt durch in das Strömungsprofil hineinragende Kanten, verhindert. Die Zahl solcher Kanten beziehungsweise Hindernisse, die in die Strö­ mung hineinragen wird durch obige Anordnung minimiert.

Eine definierte Strömung wird dadurch erzeugt, daß der Ringsammelraum bezüglich einer Symmetrieachse zwischen einem der Durchbrüche und der Austrittsöffnung symmetrisch ist. Der Ringsammelraum kann beispielsweise die Form eines sich quer­ schnittsmäßig in Umfangsrichtung erweiternden Torus oder eines solchen, halbierten Torus aufweisen. Ein solcher wird im wesentlichen durch Rotation eines sich entsprechend erwei­ ternden Voll- bzw. Halbkreises um die Torusachse gebildet. Wenn der Durchbruch und die Austrittsöffnung sich um 180 Grad um die Torusachse gedreht gegenüber liegen, kann bei entspre­ chendem Verlauf der Querschnittserweiterung zumindest die Spiegelsymmetrie des Ringsammelraums bezüglich der Symmetrie­ achse zwischen dem Durchbruch und der Austrittsöffnung ver­ bleiben. Durch eine solche Symmetriebedingung werden die Strömungsverhältnisse stark vereinfacht und damit leichter vorhersagbar. Der Ringsammelraum ist dann auf einfache Weise zu dimensionieren. Beispielsweise ist bei der Konfiguration, bei der ein Durchbruch der Austrittsöffnung gegenüber liegt (siehe oben) sofort ersichtlich, daß ein Ringsammelraum, der sich von diesem Durchbruch ausgehend in Umfangsrichtung in Richtung zur Austrittsöffnung querschnittsmäßig erweitert, den gewünschten Strömungswiderstand aufweist. Dieser fällt in derselben Richtung ab. Wäre keine derartige Symmetrieeigen­ schaft vorhanden, so müßten zur Einschätzung des Strömungswi­ derstandes quantitative Berechnungen angestellt werden unter genauer Kenntnis aller Systemgrößen, wie beispielsweise Rei­ bungswiderstand, Geometrie des Ringspaltraums, des Durch­ bruchs und der Austrittsöffnung, Viskosität des Arbeitsfluids und so weiter. Die symmetrische Anordnung von Durchbruch und Austrittsöffnung ermöglicht daher auf einfachste Weise die Vorhersage und Vorausbestimmung des Strömungsprofils. Dadurch wird die Konstruktion eines solchen Membranventils erheblich vereinfacht.

Die Symmetrieachse verbindet einen der Durchbrüche mit der Austrittsöffnung. Es ist dann stets ein Durchbruch vor­ handen, welcher der Austrittsöffnung gegenüberliegt. Dadurch wird sichergestellt, daß am umfangsmäßig am weitesten von der Austrittsöffnung entfernten Punkt stets Arbeitsfluid zuge­ führt wird. An diesem Punkt zugeführtes Arbeitsfluid hat bis zur Austrittsöffnung den weitesten Weg zurückzulegen. Demnach ist in diesem Bereich auch die Gefahr einer zu geringen Strö­ mung oder der Ausbildung einer Totzone besonders hoch. Liegt in diesem Bereich kein Durchbruch, so ist die Ausbildung sol­ cher Zonen dort besonders begünstigt.

Es ist bevorzugt, daß eine gerade Anzahl von Durchbrü­ chen vorhanden ist. Wenn der Ringsammelraum symmetrisch ist (wie oben beschrieben) wird dadurch die Ausbildung von vor­ herbestimmbaren Strömungen bewirkt. Dies gilt für den Fall, daß im Bereich der Austrittsöffnung auch ein Durchbruch vor­ gesehen ist. Dann liegen sich zwei Durchbrüche gegenüber. Ein weiterer Durchbruch würde zu einer Asymmetrie der Anordnung führen. Auch wenn kein der Austrittsöffnung gegenüberliegen­ der Durchbruch vorhanden ist, führt dies unweigerlich zur Ausbildung von Totzonen oder von Zonen geringster Strömung, nämlich beispielsweise in dem direkt der Austrittsöffnung ge­ genüberliegenden Umfangsabschnitt des Ringsammelraums.

Bei der oben beschriebenen symmetrischen Ausgestaltung des Ringsammelraums wird vorgeschlagen, daß der Umfangsab­ schnitt des Ringsammelraums mit dem größten und der Umfangs­ abschnitt mit dem kleinsten Querschnitt sich bezüglich der Symmetrieachse diametral gegenüberliegen. Um dabei eine wohl­ definierte Strömung zu erzeugen, wird vorgeschlagen, daß aus­ gehend von dem Umfangsabschnitt mit dem kleinsten Querschnitt sich der Ringsammelraum in beiden Umfangsrichtungen bis zu dem Umfangsabschnitt des Ringsammelraums mit dem größten Querschnitt gleichmäßig und/oder symmetrisch erweitert. Durch oben bezeichnete Ausgestaltungen wird eine gleichmäßige und eine den gesamten Ringsammelraum erfüllende Strömung gewähr­ leistet; dies besonders dann, wenn der Umfangsabschnitt mit dem größten Querschnitt im Bereich der Austrittsöffnung liegt (siehe oben).

Es wird vorgeschlagen, daß der Ringsammelraum einen aus­ gerundeten Querschnitt aufweist. Dabei ist besonders bevor­ zugt, daß der Ringsammelraum in Umfangsrichtung keinerlei Sprünge im Verlauf seiner Wandung aufweist. Dadurch wird eine hohe Stabilität der erzeugten Strömung auch bei hohen Durch­ satzraten erzeugt, da keinerlei Turbulenzen oder anderweitige Störungen des Strömungsverlaufs auftreten. Bekanntermaßen sind die Beiträge von turbulenten Strömungsbereichen zum ge­ samten Strömungswiderstand extrem hoch. Durch eine wie oben geschilderte Ausgestaltung wird die Strömung über einen mög­ lichst großen Parameterbereich laminar gehalten. Dadurch ist die Strömung einfach vorhersagbar und weist einen geringeren Strömungswiderstand auf. Durch solche Ausgestaltung wird die Reynolds-Zahl, welche ein Maß für den Stabilitätsbereich der Strömung ist, erhöht. Es entfallen insbesondere überflüssige Fließstrecken des Arbeitsfluids, welche die erwünschten Ef­ fekte verwässern oder ausschalten könnten. Es entstehen keine Unregelmäßigkeiten des Ringsammelraums, die bei der Formge­ bung eines erfindungsgemäßen Ringsammelraumes berücksichtigt werden müßten. Dies ermöglicht die vorzugsweise einfache Geo­ metrie eines sich umfangsmäßig erweiternden Ringsammelraums bei optimaler Funktionalität.

Es ist vorteilhaft, wenn der Ringsammelraum einen ausge­ rundeten Querschnitt aufweist. Dies verringert nämlich den Gesamtströmungswiderstand des Ringsammelraums, da ein ausge­ rundeter Querschnitt einen kleineren Bereich hat, in welchem das Arbeitsfluid an der Wandung haftet. In Ecken im Quer­ schnitt bildet sich nämlich ein besonders tief in das Strö­ mungsprofil hineinragender Haftungsbereich aus. Desweiteren hat ein ausgerundeter Querschnitt - beispielsweise ein kreis­ förmiger Querschnitt - im allgemeinen gegenüber einem eckigen Querschnitt - beispielsweise einem Quadrat - bei gleichgro­ ßer, durchströmter Fläche einen geringeren Umfang und damit solcher Ringsammelraum geringeren Wandungsanteil, an dem die Strömung haftet. Damit ist der Druckabfall im Ringsammel­ raum gering, so daß ein großer Restdruck nach Passage des Ringsammelraums vorhanden ist. Dann kann ein Teil dieses Restdrucks für die Abschnitte mit geringem Querschnitt ge­ nutzt werden. Die relative Querschnittserweiterung kann dann bei ausreichendem Austrittsdruck größer bemessen sein. Da­ durch werden die erfindungsgemäßen Effekte verstärkt.

Es wird vorgeschlagen, daß der Ringsammelraum erodiert ist. Der Ringsammelraum kann beispielsweise elektroerodiert sein. Er kann auch dadurch hergestellt werden, daß ein Ring­ sammelraum gleichmäßigen Querschnitts erosiv erweitert wird. Erosionstechniken lassen eine besonders genaue Formgebung des Ringsammelraums zu. Sie sind besonders gut zur Erosion von vergleichsweise unregelmäßigen Geometrien. Daher können auch die Geometrien gemäß der Erfindung einfach verwirklicht wer­ den. Darüber hinaus werden bei der Erosion die obersten Schichten der Wandungen des Ringsammelraumes kaum oder gar nicht beschädigt. Dies bedingt einen geringeren Verschleiß des Membranventils, so daß dieses in Kombination mit dem Er­ findungsgedanken eine hohe Lebensdauer hat.

Eine gleichmäßige Strömung wird dadurch gefördert, daß die Durchbrüche an tiefster Stelle des Ringsammelraums ange­ ordnet sind. Die Durchbrüche sind dann in Querschnittsberei­ chen des Ringsammelraums angeordnet, die dem Querschnittsbe­ reich, an welchem die Austrittsöffnung angeordnet ist, gegen­ überliegen. Dadurch wird eine Strömung direkt von den Durch­ brüchen entlang des Querschnittes zu der Austrittsöffnung un­ terstützt. Eventuelle Reflexionen von einströmendem Arbeits­ fluid entfallen. Diese treten nämlich nur dann auf, wenn die Durchbrüche beispielsweise im selben Quadranten des Quer­ schnitts liegen wie die Austrittsöffnung. Das Arbeitsfluid tritt dann mit einer Strömungskomponente in den Ringsammel­ raum ein, die entgegengesetzt zur Ausströmrichtung durch die Austrittsöffnung liegt. In Kombination mit einem sich quer­ schnittsmäßig erweiternden Ringsammelraum hat das den Vor­ teil, daß die gleichmäßige Strömung stets erhalten bleibt.

Bevorzugt wird vorgeschlagen, daß mehrere Durchbrüche in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf den dem Ringsammelraum vorgeschalteten Ring­ spaltraum wesentlich. Da das Arbeitsfluid aus dem Ringspalt­ raum über die Durchbrüche in den Ringsammelraum gelangt, wird durch die Anordnung mehrerer Durchbrüche in Umfangsrichtung des Ringsammelraums ein gleichmäßiges Abfließen des Arbeits­ fluids aus dem Ringspaltraum erreicht. Andernfalls würden im Bereich des Ringspaltraums Totzonen begünstigt. Solche Totzo­ nen im Ringspaltraum führen ebenfalls zu der Vercrackung von beispielsweise organischem Arbeitsfluid und zu einer unvoll­ ständigen Durchspülung des Arbeitsraumes des Membranventils. Wenn mehrere Durchbrüche vorhanden sind, kann insgesamt das Membranventil mit einer höheren Durchflußrate des Arbeits­ fluids betrieben werden. Dazu ist das Volumen dem Ringsammel­ raumes entsprechend groß. Zudem weist die Austrittsöffnung einen vorzugsweise größeren Durchmesser beziehungsweise eine größere Durchströmfläche auf als die Summe der Durchströmflä­ chen aller Durchbrüche. Dann resultiert für ein Membranventil der vorgeschlagenen Art eine gleichmäßige Strömung in dem Ringsammelraum.

Die Durchbrüche weisen vorzugsweise gleiche Winkelab­ stände bezüglich eines Zentrums des Ringsammelraums auf. Da­ durch wird ein wohldefiniertes Abfließen des Arbeitsfluids erzielt. Die Durchbrüche können auch unterschiedliche Winkel­ abstände aufweisen. Wesentlich ist jedoch, daß die Anordnung der Durchbrüche und der Austrittsöffnung mit der Symmetrie des Ringsammelraums korreliert ist. Bevorzugt sind die Durch­ brüche derart angeordnet, daß sich zusammen mit der Quer­ schnittserweiterung eine raumerfüllende Durchströmung des Ringsammelraums ausbildet. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, auf die später noch näher eingegangen wird.

Ein metallischer oder keramischer Ventilkörper hat eine vergleichsweise hohe Festigkeit. Er ist daher besonders gut geeignet zur Daueranwendung bei hohen Drücken. Dabei sind ho­ he Anpreßkräfte des Ventilkörpers gegen den Ventilsitz erfor­ derlich. Der Ventilkörper darf sich hierbei nicht wesentlich plastisch verformen. Hierfür ist die besonders hohe Fließ­ grenze bei metallischen oder keramischen Ventilkörpern vor­ teilhaft, besonders im Hinblick auf die vergleichsweise lange Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Membranventils. Ein sol­ ches Membranventil kann auch dauerhaft zusammen mit chemisch aggressiven Arbeitsfluiden verwendet werden. Hiermit sind we­ niger Säuren als vielmehr organische Lösungsmittel gemeint, welche in Farben und Lacken zum Einsatz kommen. Hiergegen weisen metallische oder keramische Ventilkörper eine beson­ ders hohe Stabilität auf. Diese werden von organischen Lö­ sungsmitteln chemisch praktisch nicht angegriffen.

Bevorzugt ist das Membranventil als Sitzventil ausgebildet. Der Ventilkörper kann dabei als Kugel, als Kegelmantel, na­ delförmig oder plattenförmig mit korrespondierendem Ventil­ sitz ausgebildet sein. Ein Sitzventil erlaubt im allgemeinen eine genauere, kontinuierliche Einstellung des Durchflusses. Außerdem wird ein Sitzventil in seinem Sitz gehalten, was im Hinblick auf Hochdruckanwendungen, insbesondere Anwendungen bis 150 bar, von Bedeutung ist. Es entfallen dadurch Ver­ schiebungen des Ventilkörpers aus der Sollposition. Der Ven­ tilkörper eines Sitzventils ist mit einer verhältnismäßig kleinen Angriffsfläche für den hydrostatischen Druck aus zu­ bilden. Dies bedingt eine hohe Lebensdauer eines erfindungs­ gemäßen Membranventils. Ein Sitzventil erzeugt eine gleichmä­ ßigere und symmetrische Öffnung, so daß die gleichmäßige Durchströmung des Ringsammelraums unterstützt wird.

Um das Membranventil zu steuern, wird vorgeschlagen, daß das Membranventil von der zweiten Seite mit einem Steuerfluid druckbeaufschlagt ist, welches die Steuerkraft ausübt. Das Membranventil kann auf seiner zweiten Seite einen Druckraum aufweisen, in welchem der benötigte hydrostatische Druck er­ zeugt wird. Dann ist die Steuerkraft abhängig von dem hydro­ statischen Druck und von der von dem Druck beaufschlagten zu der Steuerkraft senkrechten Flächenkomponente der zweiten Seite des Membranventils. Damit nicht im direkt an die erste Seite, die mit dem Arbeitsfluid beaufschlagt ist, angrenzen­ den Druckraum an der zweiten Seite des Membranventils ein Ge­ gendruck aufgebaut werden muß, kann die zweite Seite auch in­ direkt mit einer Druckkraft, die aus einem hydrostatischen Druck resultiert, beaufschlagt werden. Hierzu kann ein zwei­ ter Druckraum vorgesehen sein, der über eine mechanische Durchführung die zweite Seite des Membranventils mit seiner Kraft beaufschlagt. Dazu kann in diesem zweiten Druckraum ein Stempel mit der Druckkraft beaufschlagt sein. Dieser Stempel arbeitet dann lediglich gegen den Druck in dem ersten Druck­ raum, der von der zweiten Seite des Membranventils durch die Membran getrennt ist.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, daß das Membranventil einen an der zweiten Seite angreifenden Antrieb aufweist. Der Antrieb kann beispielsweise aus einer Spindel bestehen, die an der zweiten Seite des Membranventils an­ greift. Dann ist keine weitere Dichtung erforderlich, da durch die Membran bereits eine ausreichende Abdichtung gege­ ben ist. Es kann aber auch direkt eine von einem Motor er­ zeugte Kraft an der zweiten Seite des Membranventils angrei­ fen.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Lackierroboter in einer Spritzkabine mit di­ versen Zuführeinrichtungen als möglichen Anwen­ dungsfall der Erfindung,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Membranventil geschnitten,

Fig. 3 ein Zwei-Wege-Ventil geschnitten,

Fig. 4 ein Membranventil mit einem Stempel zur Übertra­ gung der Steuerkraft eines Motors,

Fig. 5a eine Draufsicht auf einen Einsatzring mit dem Ringsammelraum,

Fig. 5b eine Draufsicht auf denselben Einsatzring von der gegenüberliegenden Seite gesehen,

Fig. 6 Ringsammelräume gemäß der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Geometrien.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren stets dieselben konstruktiven Merkmale.

Fig. 1 zeigt eine Spritzkabine 101 mit einem Roboter 102 als möglichen Anwendungsfall für die vorliegende Erfindung. Der Roboter 102 besteht aus einem Roboterarm 103 aus zwei Segmenten 103.1, 103.2. Das erste Segment 103.1 ist über ein Fußteil 104 fest mit dem Boden der Spritzkabine 101 veran­ kert. Das Fußteil 104 ermöglicht die Drehung des gesamten Ro­ boterarms 103 in die Drehrichtungen 105. Am 1. Segment 103.1 ist das 2. Segment 103.2 über das Drehgelenk 107 beweglich angekoppelt. Ein Sprühkopf 138, der im Betrieb einen Sprüh­ strahl 137 erzeugt, sitzt an dem freien Ende des 2. Segments 103.2. Der Roboterarm hat die Drehgelenke 106, 107, eine Dreh­ schwenklagerung 108 für den Sprühkopf 138 sowie eine Dreh­ plattform zwischen Fußteil 104 und einem Gelenkflansch, so daß dieser insgesamt um 5 Achsen drehbar ist.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Roboter 102 drei Zuleitungen 111, 112, 113, davon eine Zuleitung 111 für VE(vollentsalztes)-Wasser, eine Zuleitung 112 für Härter und eine Zuleitung 113 für Farbe. Diese Zuleitung 113 wird von einem Farbwechsler 130 mit Pneumatikzylindern 131 zur Steue­ rung des Zuflusses gespeist. Der Farbwechsler 130 befindet sich im Inneren der Spritzkabine 101. Die einzelnen Pneumatikzylinder 131 des Farbwechslers 130 werden über eine Schottplatte 129 mit Farbleitungen 115, 117, 119, 121, 123 beauf­ schlagt. Beispielhaft sind hier alternativ verschiedene Zu­ führeinrichtungen für die Farbe gezeigt: Die Farbleitungen 115, 117, 119, 121, 123 werden von einer 1. Dosieranlage 114, einer 2. Dosieranlage 116, einem Materialdruckgefäß 118, einer Pumpe 120 sowie von einem Farbversorgungslager über eine Ringleitung 122 und über ein federbelastetes Ventil 124 gespeist. Die Ringleitung 122 dient der Rückführung nicht be­ nötigter Farbmengen in das Farbversorgungslager. Zu Reini­ gungszwecken ist zusätzlich eine Reinigungsmittelleitung 126 sowie eine Druckluftleitung 128 vorhanden, die mit einem Rei­ nigungsmitteltank 125 bzw. mit einer Druckluftquelle 127 ver­ bunden ist. Der Farbwechsler 130 verbindet alternativ jede einzelne der Zuführeinrichtungen mit der Zuleitung 113, wel­ che das jeweilige Medium (z. B. die Farbe) einem Schlauchan­ schlußteil 110 zuführt.

Das Schlauchanschlußteil 110 ist außen an dem 2. Segment 103.2 des Roboterarms 103 befestigt. Es besteht aus einem Rückenteil 140, in welches die Zuleitungen 111, 112, 113 mün­ den, und aus einem Kopfteil 141. An diesem ist der Schlauch 144 an dem Schlauchanschlußteil 110 angeschlossen. In dem gezeigten Beispiel ist lediglich ein Schlauch 144 vorhanden. können auch mehrere Schläuche 144 vorgesehen sein. Hierauf wird unten noch ausführlicher eingegangen. Der Schlauch 144 ist durch ein Durchgangsloch 142 in das Innere des 2. Segmen­ tes 103.2 bis zu dem Sprühkopf 138 geführt.

Ein erfindungsgemäßes Membranventil 1 ist der ersten Do­ siereinrichtung 114 nachgeschaltet angeordnet. Es dient zur Steuerung des Durchflusses eines aus der Dosieranlage 114 strömenden Arbeitsfluids 4.

In der Teilansicht der Fig. 2 ist ein Ventilgehäuse 31 geschnitten gezeigt, welches das Membranventil 1 aufnimmt. Eine Abdeckplatte 32, die mit Schrauben 35 an dem Gehäuse 31 befestigt ist, deckt das Membranventil 1 ab. Es hat eine Mem­ bran 26, einen Haltekörper, einen Ventilkörper 6 und einen Einsetzring 49. Die äußeren Ringabschnitte der Membran 26 sind zwischen einem Einsetzring 49 und der Abdeckplatte 32 eingeklemmt. Dadurch wird die Abdichtung des Membranventils 1 erzielt. Das Membranmaterial ist vorzugsweise ein weichela­ stisches Material, beispielsweise Viton, welches eine gute Abdichtung gewährleistet. Über eine Zuleitung 36 in Form eines zylindrisch aus dem Ventilgehäuse 31 herausgearbeiteten Kanals wird das Arbeitsfluid 4 dem Membranventil 1 zugeführt.

Das Membranventil 1 ist von einer ersten Seite 2 mit einem Arbeitsfluid 4 und mit einer an einer zweiten Seite 3 angreifenden Steuerkraft 5 beaufschlagt. Es hat einen Ventil­ körper 6, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kugel. Diese Kugel verschließt in der gezeigten Stellung eine ventilge­ steuerte Eintrittsöffnung 7 für das Arbeitsfluid 4. Das Mem­ branventil 1 setzt sich zusammen aus einem Haltekörper, der aus der ersten Halteplatte 24 und zweiten Halteplatte 25 be­ steht. Diese beiden Halteplatten 24, 25 schließen zwischen sich die Membran 26 ein, wobei sie diese festklemmen, um die Dichtwirkung zu erzielen. Die Halteplatten 24, 25 sind mittels Gewindestange 27 verbunden, die in das Innengewinde der Hal­ teplatten 24, 25 eingeschraubt ist. Das der zweiten Seite 3 des Membranventils 1 zugewandte Ende der Gewindestange 27 ist abgetrennt, so daß auf dieser Seite 3 die Gewindestange 27 bündig mit der zweiten Halteplatte 25 abschließt. Aus dem Ma­ terial der eingeschraubten Gewindestange 27 und der ersten Halteplatte 24 ist auf der ersten Seite 2 des Membranventils 1 eine Ausnehmung herausgearbeitet, in der der Ventilkörper 6 sitzt. Der Ventilkörper 6 kann in dieser Ausnehmung bei­ spielsweise mit einem chemisch stabilen Kleber festgeklebt sein. Die Klebung ist dichtend ausgeführt. Durch die Klebung und das Herausarbeiten der Ausnehmung sitzt die Gewindestange 7 in dem Haltekörper aus erster und zweiter Halteplatte 24, 25 fest und hält diese untrennbar zusammen.

An die Eintrittsöffnung 7 schließt sich ein Ringspalt­ raum 8 an, in welchen das Arbeitsfluid 4 in der Offenstellung des Membranventils 1, das heißt, wenn der Ventilkörper 6 die Eintrittsöffnung 7 freigibt, einströmt. Der Ringspaltraum 8 entsteht zwischen einem kegelmantelförmigen Ringabschnitt der ersten Halteplatte 24 und einem korrespondierendem Ringab­ schnitt des Einsetzrings 49. Er hat eine ausreichende Spalt­ breite, so daß das Arbeitsfluid 4 praktisch ungehindert durch den Ringspaltraum 8 fließen kann. Der Einsetzring 49 sitzt in dem Ventilgehäuse 31. Die Membran 26 wird durch die Abdeck­ platte 32 gegen den Einsetzring 49 gepreßt. Der Innenbereich des Einsetzrings 49 ist mittels eines Dichtringes 28, der zwischen dem Ventilgehäuse 31 und einer Fase 45 (s. Fig. 5a) am Außenumfang des Einsetzringes 49 sitzt, gegenüber dem Ven­ tilgehäuse 31 abgedichtet.

Der Ringspaltraum 8 hat Durchbrüche 9.1 bis 9.4 in einen Ringsammelraum 10. Das Arbeitsfluid 4 fließt über die Durch­ brüche 9.1 bis 9.4, von denen hier nur 9.1 und 9.3 zu sehen sind, in den Ringsammelraum 10. Dieser wird durch das Ventil­ gehäuse 31 und eine entsprechende ringförmige Ausnehmung des Einsetzrings 49 begrenzt. Der Ringsammelraum 10 erweitert sich von einem Kleinstquerschnitt 14 ausgehend in beiden Um­ fangsrichtungen 12 bis zum Größtquerschnitt 13. Zur Verdeut­ lichung dieses Sachverhaltes ist die Einhüllende 23 der der Austrittsöffnung 11 im Einbaufall abgewandten Seite des Ring­ sammelraums gezeigt. Der Größtquerschnitt 13 des Ringsammel­ raums 10 wird im Bereich einer Austrittsöffnung 11 eingenom­ men. Dadurch wird eine gleichmäßige Strömung des Arbeits­ fluids 4 durch das Membranventil 1 ohne Totzonen gefördert. Auf die nähere Ausgestaltung des Ringsammelraums 10 wird spä­ ter noch ausführlicher eingegangen.

Der Ringsammelraum 10 kommuniziert mit der Austrittsöff­ nung 11 für das Arbeitsfluid 4. Er erweitert sich ausgehend von dem Durchbruch 9.1 in Richtung zur Austrittsöffnung 11 querschnittsmäßig in beiden Umfangsrichtungen 12. Die erste Seite 2 und die zweite Seite 3 sind durch die Membran 26 ge­ trennt. Die Membran 26 bewirkt die Abdichtung zwischen den beiden Seiten 2, 3 des Membranventils 1.

Der Ventilkörper 6 des Membranventils 1 sitzt auf einem Ventilsitzring 29, der aus Keramik oder aus Metall, vorzugs­ weise Hartmetall besteht. Der Ventilsitzring 29 ist an seiner dem Ventilkörper 6 abgewandten Seite mittels Teflonring 30 gegen das Ventilgehäuse 31 abgestützt. Der Ventilsitzring 29 und der Teflonring 30 sitzen in einer zylindrischen Ausneh­ mung des Ventilgehäuses 31. Der Teflonring 30 sitzt mit Über­ gangspassung oder gleichwirkender Passung in der Ausnehmung. Er dichtet die Fuge zwischen der äußeren Mantelfläche des Ventilsitzrings 29 und der Wandung der zylindrischen Ausneh­ mung des Ventilgehäuses 31 gegen das Arbeitsfluid 4 ab, so daß kein Arbeitsfluid 4 über diese Fuge - insbesondere bei geschlossenem Membranventil 1 - in den Bereich des Einsetz­ rings 49 gelangen kann. Das Membranventil 1 ist als Sitzven­ til ausgebildet, dessen kugelförmiger Ventilkörper 6 in dem Ventilsitzring 29 sitzt.

Das Membranventil 1 wird durch die Steuerkraft 5 gesteu­ ert, welche an der zweiten Seite 3 des Membranventils 1 an­ greift. Es ist von der zweiten Seite 3 mit einem Steuerfluid 21 druckbeaufschlagt. Dieses Steuerfluid 21 gibt die Steuer­ kraft 5. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Seite 3 direkt mit dem Druck des Steuerfluids 21 beauf­ schlagt. Das Membranventil 1 wird somit gegen die entgegen der Steuerkraft 5 wirkende Druckkraft des Arbeitsfluids 4 ausgelenkt. Übersteigt der hydrostatische Druck des Steuer­ fluids 21 den des Arbeitsfluids 4, wird der Ventilkörper 6 gegen den Ventilsitzring 29 gepreßt und somit das Membranven­ til 1 verschlossen. Das Steuerfluid 21 wird über eine Druck­ gasleitung 50 zugeführt. Geeignete Steuerfluide 21 sind zum Beispiel Druckluft, Stickstoff, Kohlendioxid sowie andere, vorzugsweise inerte Gase.

Das Arbeitsfluid 4 tritt aus der Austrittsöffnung 11 über das Rückschlagventil 37 aus. Das Rückschlagventil 37 hat ebenfalls einen Ventilkörper 6, der mittels einer Schrauben­ feder 58 gegen den Ventilsitzring 29 gepreßt wird. Die Schraubenfeder 58 ist derart dimensioniert, daß die Feder­ kraft ausreicht, um den Ventilkörper 6 des Rückschlagventils 37 dauerhaft in seiner Sperrposition zu halten. Dabei ist die Federkraft durch den Betriebsdruck des Arbeitsfluids 4 zu überwinden, so daß der Ventilkörper 6 des Rückschlagventils 37 durch den Betriebsdruck in Freigabestellung getrieben wird.

Das Membranventil 1 kann bidirektional arbeiten. Die Funktionalität ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung dabei unabhängig von der Durchströmungsrichtung erhalten. Im oben beschriebenen Fall tritt das Arbeitsfluid 4 durch die Eintrittsöffnung 7 ein und fließt über die Austrittsöffnung 11 ab. Ein Dosierventil kann auch in umgekehrter Richtung betrieben werden.

Fig. 3 zeigt zwei 2/2-Wege-Sitzventile. Dies sind die Membranventile 1, 51. Die gezeigte Einheit ist ein Doppelven­ til und dient zum Befüllen und zum Dosieren. Zur Befüllung eines Behälters wird das Arbeitsfluid 4 dem Membranventil 1 über eine Leitung 36 zugeführt. Zum Anschluß eines Schlauchs mit einem Anschlußstutzen ist eine Anschlußbuchse 33 vorge­ sehen, die ein Innengewinde 34 zur Aufnahme eines korrespon­ dierenden Außengewindes eines Anschlußstutzens aufweist. Das Arbeitsfluid 4 strömt dann beispielsweise durch die Leitung 36 in der Fließrichtung 67 in das geöffnete Membranventil 1 ein und fließt dort über den Ringspaltraum 8 durch die Durch­ brüche 9.1, 9.3 in den Ringsammelraum 10 des Membranventils 1. dort fließt das Arbeitsfluid 4 bei geöffnetem Membranven­ til 1 über das Rückschlagventil 37 in die Leitung 52. Beim Befüllen ist das Membranventil 51 noch geschlossen. Das Ar­ beitsfluid 4 kann dann über einen Schlauch, welcher an der Anschlußbuchse 33, die an die Leitung 52 anschließt, ange­ schlossen ist, in die Fließrichtung 69 zum Behälter fließen.

Das 2×2/2-Wege-Sitzventil kann auch zum Dosieren eines Arbeitsfluids 4 verwendet werden. In diesem Fall ist das Mem­ branventil 1 geschlossen. Das Arbeitsfluid 4 tritt dann in der Fließrichtung 68 in die Leitung 52 ein. Bei geöffnetem Membranventil 51 fließt das Arbeitsfluid 4 dann über die Ab­ leitung 54 weiter. Diese kann beispielsweise über ein Mem­ branventil 1 zur Dosierung, welches mittels Elektromotors ge­ steuert ist, zu dem Roboter 102 führen. Eine Farbwechselein­ richtung 130 kann von mehreren solcher Ventile beaufschlagt werden. Die Förderrate wird dann mittels eines der Farbwech­ seleinrichtung 130 nachgeschaltet angeordneten Membranventils 1, wie oben beschrieben, eingestellt.

Das Membranventil 1 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist mit einem Druckstempel 39 beaufschlagt, welcher durch die Andruckfeder 40 unter Vorspannung steht, die das Membranven­ til 1 nach Maßgabe der Federkraft zuhält. Der Druckstempel 39 sowie die Andruckfeder 40 befinden sich in einem Stempelge­ häuse 38, welches mit Schrauben 35 an der Abdeckplatte 32 des Ventilgehäuses 31 festgeschraubt ist. Das Innere des Stempel­ gehäuses 38 ist gegenüber der zweiten Seite 3 des Membranven­ tils 1 über den Dichtring 41 abgedichtet. Der Druckstempel 39 sitzt trotzdem verschieblich entlang der Ventilmittellinie 65 dem Stempelgehäuse 38. Er weist eine vorzugsweise zylin­ drische Form auf, die beispielsweise mit Übergangspassung an der Innenwandung des Stempelgehäuses 38 anliegt. Dadurch ist der Druckstempel 39 in dem Stempelgehäuse 38 entlang der Ven­ tilmittellinie 65 geführt. Die Gewindestange 27 verbindet die erste Halteplatte 24, die zweite Halteplatte 25 und den Druckstempel 39 starr miteinander.

Über hier nicht gezeigte Druckgasleitungen kann der Druck in dem Stempelgehäuse 38 eingestellt werden. Während die Andruckfeder 40 den spiel freien Sitz des Ventilkörpers 6 gewährleistet, kann durch die Einstellung des Drucks die Stellung des Membranventils 1 gesteuert werden. Ist der Druck in dem Innenraum des Stempelgehäuses 38 gegenüber dem Druck, welcher an der zweiten Seite 3 des Membranventils 1 herrscht erhöht, so verschiebt der Druckstempel 39 das Membranventil 1 in Richtung auf die Verschlußstellung.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung der Erfindung mit einem Mem­ branventil 1. Das Membranventil 1 ist oberseitig ebenfalls mit einem Stempelgehäuse 38 abgeschlossen, welches das Mem­ branventil 1 vollständig einschließt und über die Membran 26 abdichtet. Das Membranventil 1 ist mittels einer Gewindespin­ del 56, die von einem Motor 55, vorzugsweise von einem Elek­ tromotor, angetrieben wird, stufenlos verstellbar. Dazu ist ein Stempel 39 vorhanden, welcher mittels des Gleitlagers 57 gleitverschieblich entlang der Ventilmittellinie 65 gelagert ist. Der Stempel kontaktiert an seiner Unterseite die erste Halteplatte 25. Der Stempel wird von einem Motor 55 über die Gewindespindel 56 angetrieben. Dadurch ist das Membranventil 1 mittels Motorkraft stufenlos steuerbar. Wenn der Stempel 39 nicht lediglich auf der ersten Halteplatte 25 aufliegt, son­ dern an dieser festgeschraubt oder sonstwie befestigt ist, kann das Membranventil 1 nach Maßgabe der entsprechenden freien Weglängen geöffnet oder in die Verschlußstellung ge­ fahren werden. Durch die Befestigung des Druckstempels 39 wird die Mitnahme der ersten Halteplatte 25, und damit des gesamten Membranventils 1 in beide Richtungen entlang der Ventilmittellinie 65 gewährleistet.

Fig. 5a und b zeigen den Einsetzring 49 jeweils in Drauf­ sicht von beiden Seiten. Fig. 5a zeigt die der Austrittsöff­ nung 11 im Einbaufall zugewandte Seite des Einsetzrings 49. Der Einsetzring 49 hat eine Zentralbohrung 42, deren Mittel­ punkt mit dem Zentrum 20 des Ringsammelraums 10 zusammen­ fällt. In diese Zentralbohrung 42 ragt im Einbaufall der Ven­ tilkörper 6 (hier nicht gezeigt) teilweise hinein. Zwischen der Zentralbohrung 42 und einer Fase 45 für den Dichtring 28 liegt der Ringsammelraum 10. Der Ringsammelraum 10 erweitert sich ausgehend von dem Durchbruch 9.1 in Richtung zur Aus­ trittsöffnung 11 in beiden Umfangsrichtungen 12 querschnitts­ mäßig. Dabei wird der Größtquerschnitt 13 im Bereich der Aus­ trittsöffnung 11 eingenommen. Die Austrittsöffnung 11 fluch­ tet mit einem Umfangsabschnitt 16 mit größtem Querschnitt. Sie schneidet daher den Ringsammelraum mit praktisch größt­ möglicher Durchdringungskurve.

Der Ringsammelraum 10 hat Durchbrüche 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 in den Ringspaltraum 8. Der Ringsammelraum 10 ist bezüglich einer Symmetrieachse 15 zwischen dem Durchbruch 9.1 und der Aus­ trittsöffnung 11 symmetrisch. Im gezeigten Ausführungsbei­ spiel hat die Austrittsöffnung 11 einen kreisförmigen Quer­ schnitt und ist konzentrisch mit dem kreisförmigen Durchbruch 9.3 angeordnet. Der Umfangsabschnitt 16 des Ringsammelraums 10 mit dem größten und der Umfangsabschnitt 17 mit dem klein­ sten Querschnitt liegen sich bezüglich der Symmetrieachse 15 diametral gegenüber.

Der Ringsammelraum 10 wird von in Umfangsrichtung 12 durchgehend in gleichem Sinn gekrümmten Wänden 18 begrenzt. Zusammen mit Fig. 2 ergibt sich, daß der Ringsammelraum 10 einen ausgerundeten Querschnitt aufweist. Der Querschnitt ist nämlich halbkreisförmig in dem den Durchbrüchen 9.1 bis 9.4 zugewandten Bereich. Er wird gegenüberliegend von einer ebe­ nen Fläche begrenzt. Er weist insgesamt die Kontur eines ge­ schlossenen Halbkreises auf. Der Ringsammelraum 10 ist vor­ zugsweise erodiert. Die Durchbrüche 9.1 bis 9.4 sind an tief­ ster Stelle des Ringsammelraums 10 angeordnet. Es folgen meh­ rere Durchbrüche 9.1 bis 9.4 in Umfangsrichtung 12 aufeinan­ der. Benachbarte Durchbrüche 9.1, 9.4 weisen gleiche Winkelab­ stände 19 bezüglich des Zentrums 20 des Ringsammelraums 10 auf. Im gezeigten Fall sind insgesamt vier Durchbrüche 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 vorhanden, welche jeweils um etwa 90 Grad be­ züglich des Zentrums 20 des Ringsammelraums 10 beabstandet angeordnet sind.

Die Durchbrüche 9.1 bis 9.4 korrespondieren mit der Sym­ metrie des Ringsammelraums 10. Sie sind bezüglich der glei­ chen Symmetrieachse 15 wie der Ringsammelraum 10 symmetrisch, im gezeigten Fall spiegelsymmetrisch. Zwei Durchbrüche 9.1, 9.3 liegen praktisch auf der Symmetrieachse 15.

Fig. 5b zeigt in Draufsicht die der Austrittsöffnung 11 Einbaufall abgewandte Seite des Einsetzrings 49. Strich­ punktiert ist wiederum der Kreisumfang 46 angedeutet, der in etwa die Mittelpunkte der Durchbrüche 9.1 bis 9.4 miteinander verbindet und dessen Mittelpunkt im gezeigten Fall mit dem Zentrum 20 des Ringsammelraums 10 zusammenfällt. Mit der er­ sten Seite 2 des Membranventils 1 bildet im Einbaufall die Kegelmantelfläche 44 den Ringspaltraum 8. In radialer Rich­ tung auswärts an die Kegelmantelfläche 44 angrenzend ist eine Ringnut 43 vorgesehen. Im Einbaufalle wird diese Ringnut 43 gegen die Membran 26 gepreßt. Die Ringnut 43 verbessert die Dichtwirkung des Membranventils 1.

Fig. 6a bis e schließlich zeigen verschiedene Ringsammel­ räume 10, die jeweils unterschiedliche Konturen aufweisen. Fig. 6a zeigt den Ringsammelraum 10. Dieser ist bezüglich der Symmetrieachse 15, wie bereits oben erwähnt, symmetrisch. Im gezeigten Falle liegt eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Symmetrieachse 15 vor. Der Ringsammelraum 10 der Fig. 6a hat vier Durchbrüche 9.1 bis 9.4, welche wie in Fig. 5a gezeigt angeordnet sind. Der Ringsammelraum 10 ist in einen ersten Halbring 61 und einen zweiten Halbring 62 aufgeteilt. Der er­ ste Halbring 61 weist einen gleichbleibenden Querschnitt auf, der dem Kleinstquerschnitt 14 entspricht. Von der Mittellinie 66, die durch die beiden Durchbrüche 9.2, 9.4 verläuft ausge­ hend, erweitert sich dieser Ringsammelraum querschnittmäßig bis zum Durchbruch 9.3, der mit der Austrittsöffnung 11 fluchtet. Im Bereich der Austrittsöffnung 11 wird auch der Größtquerschnitt 13 des Ringsammelraums 10 eingenommen.

Fig. 6b zeigt einen Ringsammelraum 10, der im wesentli­ chen den gleichen Querschnittsverlauf wie der Ringsammelraum 10 der Fig. 5a hat. Im Unterschied dazu sind hier lediglich zwei Durchbrüche 9.1, 9.2 vorhanden. Diese sind um 180 Grad bezüglich des Zentrums 20 des Ringsammelraums 10 zueinander beabstandet angeordnet. Dies entspricht dem Winkelabstand 19 der benachbarten Durchbrüche 9.1, 9.2. Bei der gezeigten Aus­ führungsform fließt das Arbeitsfluid 4, das über den Durch­ bruch 9.1 in den Ringsammelraum 10 eintritt, gleichmäßig in beide Umfangsrichtungen 12. Der Zustrom teilt sich dort in zwei gleichmäßige Strömungen auf. Für jede dieser beiden Strömungen wird der Strömungswiderstand gegenüber einem her­ kömmlichen Ringsammelraum durch die Querschnittsverengung verringert. Dadurch fließt das Arbeitsfluid 4 insgesamt schneller ab.

Fig. 6c zeigt einen Ringsammelraum 10 mit ebenfalls im wesentlichen dem gleichen Querschnittsverlauf wie das voran­ gehende Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu diesen sind hier acht Durchbrüche 9.1 bis 9.4 sowie 59.1 bis 59.4 vorhanden. Diese sind um einen Winkelabstand 19 zueinander beabstandet angeordnet. Dieser Winkelabstand 19 beträgt in etwa 40 Grad. Auch diese Anordnung ist spiegelsymmetrisch bezüglich der Symmetrieachse 15. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Arbeitsfluid 4 dem Ringsammelraum 10 im wesentlichen gleichmäßiger über den Umfang verteilt zugeführt wird.

Fig. 6d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ringsammelraums 10 mit ebenfalls vier Durchbrüchen 9.1 bis 9.4. Dieser Ringsammelraum 10 erweitert sich von dem Durch­ bruch 9.4 ausgehend in der Umfangsrichtung 12 querschnittsmä­ ßig von dem Kleinstquerschnitt 14 bis auf den Größtquer­ schnitt 13. Der Querschnitt des Ringsammelraums 10 erweitert sich praktisch über den gesamten Umfang des Ringsammelraums 10 in etwa gleichmäßig. Zur Rückführung des Durchmessers auf den Kleinstdurchmesser 14 vom Größtdurchmesser 13 ist die halsförmige Verengung 63 vorhanden. Das Arbeitsfluid 4 fließt dann von dem Durchbruch 9.4 ausgehend auch in die Umfangs­ richtung 12. Auch dieses Ausführungsbeispiel verfügt über eine bessere Durchströmung als Ausführungsbeispiele des Stan­ des der Technik.

Als letztes Beispiel schließlich ist ein Ringsammelraum 10 gezeigt, dessen Querschnitt sich praktisch diskontinuier­ lich erweitert. Der Ringsammelraum 10 hat im Bereich des Durchbruchs 9.1 seinen Kleinstquerschnitt 14. In Umfangsrich­ tung 12 folgt eine Stufe 64 im Bereich des Durchbruchs 9.4. Dort erweitert sich der Querschnitt auf den Mittelquerschnitt 60. Im Bereich des Durchbruches 59.1 folgt eine weitere Stufe 64, wodurch der Querschnitt von dem Mittelquerschnitt auf den Größtquerschnitt 13 erweitert wird. Diese Ausführung ist be­ züglich der Symmetrieachse 15 spiegelsymmetrisch. Hier sind die Strömungsverhältnisse innerhalb des Ringsammelraums be­ sonders günstig:
Das Arbeitsfluid 4 strömt über die Durchbrüche 9.1 bis 9.4, 59.1, 59.2 ein. Da sich im Bereich jedes der Durchbrüche not­ wendigerweise das Volumen erhöhen muß, damit die Strömung gleichbleibend sein kann, ist dort eine Querschnittserweite­ rung vorgesehen. Dadurch wird eine Vergleichmäßigung der Strömung erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Membranventil

2

erste Seite

3

zweite Seite

4

Arbeitsfluid

5

Steuerkraft

6

Ventilkörper

7

Eintrittsöffnung

8

Ringspaltraum

9.1

Durchbruch

9.2

Durchbruch

9.3

Durchbruch

9.4

Durchbruch

10

Ringsammelraum

11

Austrittsöffnung

12

Umfangsrichtung

13

Größtquerschnitt

14

Kleinstquerschnitt

15

Symmetrieachse

16

Umfangsabschnitt mit Größtquerschnitt

17

Umfangsabschnitt mit Kleinstquerschnitt

18

Wand

19

Winkelabstand

20

Zentrum des Ringsammelraums

21

Steuerfluid

23

Einhüllende

24

erste Halteplatte

25

zweite Halteplatte

26

Membran

27

Gewindestange

28

Dichtring

29

Ventilsitzring

30

Teflonring

31

Ventilgehäuse

32

Abdeckplatte

33

Anschlußbuchse

34

Innengewinde

35

Schraube

36

Zuleitung

37

Rückschlagventil

38

Stempelgehäuse

39

Druckstempel

40

Andruckfeder

41

Dichtring

42

Zentralbohrung

43

Ringnut

44

Kegelmantelfläche

45

Fase

46

Kreisumfang

49

Einsetzring

50

Druckgasleitung

51

Membranventil

52

Zuleitung

53

Rückschlagventil

54

Ableitung

55

Motor

56

Gewindespindel für Längshub

57

Gleitlager

58

Schraubenfeder

59.1

Durchbruch

59.2

Durchbruch

59.3

Durchbruch

59.4

Durchbruch

60

Mittelquerschnitt

61

erster Halbring

62

zweiter Halbring

63

halsförmige Verengung

64

Stufe

65

Ventilmittellinie

66

Mittellinie

67

Fließrichtung

68

Fließrichtung

69

Fließrichtung

101

Spritzkabine

102

Roboter

103

Roboterarm

103.1

1. Segment

103.2

2. Segment

104

Fußteil

105

Drehrichtungen

106

1. Drehgelenk

107

2. Drehgelenk

108

Dreh-Schwenklagerung

110

Schlauchanschlußteil

111

Zuleitung VE-Wasser

112

Zuleitung Härter

113

Zuleitung Farbe

114

1. Dosieranlage

115

1. Farbleitung

116

2. Dosieranlage

117

2. Farbleitung

118

Materialdruckgefäß

119

3. Farbleitung

120

Pumpe

121

4. Farbleitung

122

Ringleitung

123

5. Farbleitung

124

federbelastetes Ventil

125

Reinigungsmitteltank

126

Reinigungsmittelleitung

127

Druckluftquelle

128

Druckluftleitung

129

Schottplatte

130

Farbwechsler

131

Pneumatikzylinder

137

Sprühstrahl

138

Sprühkopf

139

Lagergehäuse

140

Rückenteil

141

Kopfteil

142

Durchgangsloch

144

Schlauch

Claims (16)

1. Membranventil (1), welches von einer ersten Seite (2) mit einem Arbeitsfluid (4) unter Druck und von einer zweiten Seite (3) mit einer Steuerkraft (5) beaufschlagt ist, mit einem Ventilkörper (6) zur Steuerung des Quer­ schnitts der Eintrittsöffnung (7) für das Arbeitsfluid (4), mit einem an die Eintrittsöffnung (7) anschließen­ den Ringspaltraum (8), welcher Durchbrüche (9.1 bis 9.4) in einen Ringsammelraum (10) hat, der mit einer Aus­ trittsöffnung (11) für das Arbeitsfluid (4) kommuni­ ziert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsammelraum (10) sich ausgehend von einem der Durchbrüche (9.1 bis 9.4) in Richtung zur Austrittsöffnung (11) zumindest in einer Umfangsrichtung (12) querschnittsmäßig erweitert.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Größtquerschnitt (13) im Bereich der Aus­ trittsöffnung (11) eingenommen wird.

3. Membranventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austrittsöffnung (11) den Ringsammelraum (10) mit größtmöglicher Durchdringungskurve im Bereich des Größtquerschnittes (13) schneidet.

4. Membranventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringsammelraum (10) bezüglich einer Symmetrieachse (15) zwischen einem der Durchbrüche (9.1) und der Austrittsöffnung (11) symmetrisch ist.

5. Membranventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Umfangsabschnitt (16) des Ringsammelraums (10) mit dem größten und der Umfangsabschnitt (17) mit dem kleinsten Querschnitt sich bezüglich der Symmetrie­ achse (15) diametral gegenüber liegen.

6. Membranventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringsammelraum (10) von in Umfangs­ richtung (12) durchgehend in gleichem Sinn gekrümmten Wänden (18) begrenzt wird.

7. Membranventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringsammelraum (10) einen ausgerunde­ ten Querschnitt aufweist.

8. Membranventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringsammelraum (10) erodiert ist.

9. Membranventil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchbrüche (9.1 bis 9.4) an tiefster Stelle des Ringsammelraums (10) angeordnet sind.

10. Membranventil nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Durchbrüche (9.1 bis 9.4) in Um­ fangsrichtung (12) aufeinander folgen.

11. Membranventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchbrüche (9.1 bis 9.4) gleiche Winkelab­ stände (19) bezüglich eines Zentrums (20) des Ringsam­ melraums (10) aufweisen.

12. Membranventil nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (6) metallisch oder ke­ ramisch ist.

13. Membranventil nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Membranventil (1) als Sitzventil aus­ gebildet ist.

14. Membranventil nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Membranventil (1) von der zweiten Seite (3) mit einem Steuerfluid (21) druckbeaufschlagt ist, welches die Steuerkraft (5) ausübt.

15. Membranventil nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Membranventil (1) einen an der zwei­ ten Seite (3) angreifenden Verstellantrieb aufweist.

16. Membranventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß das Membranventil (1) mittels einer Gewinde­ spindel (56), die von einem Motor (55) angetrieben wird, stufenlos verstellbar ist.