DE19956575A1 - Hochdruckventil für aggressive Medien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckventil für aggressive Medien mit pneumatischer Ansteuerung, einem mehrteiligen Gehäuse, wobei mindestens ein erster Teil die pneumatische Ansteuerung aufnimmt und ein Steuermedium aufweist und ein zweiter Teil mit dem aggressiven Medium in Berührung steht und einen Ventilsitz, eine Ventilbohrung und ein Ventilverschlußelement, das mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, aufweist, wobei eine Membran die Medien des ersten und des zweiten Gehäuseteils voneinander trennt und die Membran den Ventilsitz abdeckt, der Ventilsitz plan ausgebildet ist und eine erste und eine zweite Ventilbohrung aufweist, wobei die erste Ventilbohrung des Ventilsitzes mit einer Einlaßöffnung für das aggressive Medium und die zweite Ventilbohrung des Ventilsitzes mit einer Auslaßöffnung für das aggressive Medium in Wirkverbindung steht, und ein Stempel mit planarer Stirnfläche, der im ersten Teil des Gehäuses geführt angeordnet ist und mit seiner Stirnfläche die Membran beim Öffnen und Schließen des Hochdruckventils führt und stützt, bewegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochdruckventil für ag­ gressive Medien mit pneumatischer Ansteuerung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hochdrucksteuerventil für aggressive Medien zeigt Fig. 2. Dieses Hochdruckventil ist für Betriebsdrücke des aggressiven Mediums von maximal 0,8 MPa einsetzbar. Das bekannte Hochdruckventil für aggressive Medien besteht, wie es Fig. 2 zeigt, aus einem mehrteiligen Gehäuse 1, wobei ein erster Teil 2 die pneumatische Ansteuerung auf­ nimmt und eine Anschlußöffnung 36 für ein Steuermedium auf­ weist. In einem zweiten Teil 3 des Gehäuses, das mit dem ag­ gressiven Medium in Berührung steht, ist ein Ventilsitz 4 mit einer Ventilbohrung 5 untergebracht. In das zweite Teil 3 ragt in Richtung auf den Ventilsitz ein Ventilverschlußelement 6 hinein, das mit der pneumatischen Ansteuerung im ersten Teil 2 verbunden ist und die Ventilbohrung verschließt, wenn kein Steuerdruck an der Öffnung 36 anliegt, und vom Ventilsitz abge­ hoben wird, wenn ein Steuerdruck an der Öffnung 36 anliegt.

In dem ersten Teil 2 befindet sich eine Kolbenplatte 37, die über eine Schraube 38 fest mit dem Ventilverschlußelement 6 verbunden ist. Die Kolbenplatte wird von Spiralfedern 39, 40 in Richtung auf das Ventilverschlußelement 6 gepreßt, so daß bei Nichtanliegen eines Steuerdruckes an der Öffnung 36 die Kolben­ platte das Verschlußelement 6 auf den Ventilsitz 4 preßt und damit die Ventilbohrung 5 bis zu einem maximalen Betriebsdruck von 0,8 MPa verschließt.

Die Spiralfedern 39 und 40 sind in einer Gehäuseabdeckung 41 untergebracht, die fest mit dem ersten Teil 2 verbunden ist. Die Kolbenplatte 37 ist in einer zylindrischen Aussparung 42 des ersten Teils 2 angeordnet und gegenüber der zylindrischen Innenwand 17 des ersten Teils 2 durch einen O-Ring 44 in einer Dichtungsnut im Mantelbereich 61 der Kolbenplatte 37 abgedich­ tet, so daß im unteren Bereich 43 der zylindrischen Aussparung 42 ein Steuermedium über die Öffnung 36 auf die Unterseite der Kolbenplatte 37 einwirken kann. Beim Einwirken eines Steuerme­ diums auf die Unterseite der Kolbenplatte 37 wird diese angeho­ ben und mit ihr das Ventilverschlußelement 6, das in einer Füh­ rungsbohrung 45 im Boden des ersten Teils 2 geführt wird und dabei gegenüber dem unter Hochdruck stehenden aggressiven Medi­ um in dem Druckraum 46 mittels eines O-Rings 47 abgedichtet wird, vom Ventilsitz 4 abgehoben.

Das erste Teil 2 wird auf dem zweiten Teil 3, das mit dem ag­ gressiven Medium in Berührung kommt, mittels einer zentrier­ scheibe 48 zentriert, und mittels eines weiteren O-Rings 49 wird der Hochdruckraum 46 für das aggressive Medium abgedich­ tet. Das Hochdruckventil kann somit eine Einlaßöffnung 9 für aggressive Medien mit einer Auslaßöffnung 10 verbinden, wobei ein maximaler Druck im aggressiven Medium von 0,8 MPa nicht überschritten werden darf, da sonst die Gefahr besteht, daß die gleitfähige O-Ringdichtung 44 in der Führungsbohrung 45, an der das Ventilverschlußelement 6 entlanggleitet, dem Druck nicht standhält und aggressive Medien beim Überschreiten von 0,8 MPa in den Steuerkreislauf gelangen und im Extremfall sich im Steu­ erdruckraum 51 ein Druck aufbaut, der dem Hochdruck des aggres­ siven Mediums entspricht und damit ein Schließen der Ventilboh­ rung 5 durch die Federkraft der Spiralfedern 39 und 40 verhin­ dert, so daß das Hochdruckventil nachteilig nicht mehr ver­ schließbar ist.

Neben dieser Gefahr bei einem Hochdruckventil entsprechend dem Stand der Technik besteht ein wesentlicher Nachteil darin, daß das Ventilverschlußelement 6 und der untere Bereich des ersten Gehäuseteils 2 dem aggressiven Medium ausgesetzt sind und so­ wohl die Zentrierscheibe 48 als auch die Wandungen der Füh­ rungsbohrung 45 zum Teil dem aggressiven Medium ständig ausge­ setzt sind. Ferner wird mit diesem Hochdruckventil für aggres­ sive Medien nicht sichergestellt, daß kein aggressives Medium in den Steuerkreislauf und von dort in die Umgebung gelangen kann.

Deshalb ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Druckgrenze bisheriger pneumatisch gesteuerter Hochdruckventile für aggressive Medium, die bei konventionellen Hochdruckventi­ len unter 1 MPa liegt, zu überwinden und darüber hinaus einen Berstschutz bereitzustellen, der das aggressive Medium durch das Ventilgehäuse bei Überlastung des Hochdruckventils umwelt­ verträglich und zuverlässig ableiten kann. Ferner ist es Aufga­ be der Erfindung, den pneumatischen Ansteuerbereich des Hoch­ druckventils sicher von dem Bereich, durch den das unter Hoch­ druck stehende aggressive Medium geführt werden soll, zu tren­ nen und aggressive Medien mit einem maximalen Druck von bis zu 5 MPa mit einem Steuerdruck von weniger als 0,3 MPa zu steuern.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.

Dazu trennt eine Membran die Medien des ersten und des zweiten Gehäuseteils voneinander, so daß kein aggressives Medium mit Oberflächen des ersten Gehäuseteils, das die pneumatische An­ steuerung aufnimmt, in Berührung kommt und kein aggressives Me­ dium aus dem zweiten Gehäuseteil in das erste Gehäuseteil zu dem Steuermedium selbst beim Bersten der Membran gelangen kann. Die Membran deckt dabei einen Ventilsitz ab, der eine erste und eine zweite Bohrung aufweist. Dabei steht die erste Bohrung mit einer Einlaßöffnung für das aggressive Medium in Verbindung und die zweite Bohrung steht mit der Auslaßöffnung für das aggres­ sive Medium in Wirkverbindung. Ein Stempel mit planarer Stirn­ fläche drückt auf die Membran von der dem aggressiven Medium gegenüberliegenden Seite und schützt gleichzeitig die Membran vor einem Aufreißen oder Bersten.

Der Durchmesser der Ventilbohrungen ist dem maximalen Durchfluß durch das Hochdruckventil angepaßt und die Fläche des Ventil­ sitzes sowie die gegenüberliegende Stirnfläche des Stempels . sind im Verhältnis der Mediendrücke von aggressivem Medium und Steuermedium zu der Steuerfläche der Verdickung des Stempels im Steuerdruckraum des ersten Teils des Gehäuses angepaßt. Ein we­ sentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik liegt darin, daß das aggressive Medium nicht durch eine reibschlüssige und abdichtende Verbindung zwischen einem O-Ring und einer zylin­ drischen Wandung erfolgen muß, um das Steuermedium von dem ag­ gressiven Medium zu trennen. Vielmehr wird bei dieser Lösung eine sich über zwei Ventilbohrungen in einem Ventilsitz span­ nenden Membran das Problem der gleitenden O-Ringdichtungen in herkömmlichen Hochdruckventilen durch den Einsatz der Membran und durch die besondere Ausbildung des Ventilsitzes und der Ventilbohrungen gelöst.

Um dem aggressiven Medium zu widerstehen, ist die Membran vor­ zugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethy­ len hergestellt. Dieser Kunststoff hat den Vorteil einer hohen Temperaturbeständigkeit und einer hohen Druckfestigkeit. Die Festigkeit der Membran kann auch dadurch verbessert werden, daß vorzugsweise die Membran aus einer zum aggressiven Medium hin kunststoffbeschichteten Metallfolie hergestellt ist. Diese Kunststoffschicht, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen, schützt die mechanisch hochbelastbare Metallfolie der Membran vor dem aggressiven Medium. Da das aggressive Medium nur ein­ seitig die Membran berührt, kann im Prinzip sowohl der Stempel mit seiner Stirnfläche als auch das zweite Gehäuseteil aus ei­ nem Metall hergestellt sein. Jedoch hat sich gezeigt, daß auch Kunststoffe den gehobenen Anforderungen an die Festigkeit, die bei dem Erhöhen des Druckes auf maximal 5 MPa auftreten können, gewachsen sind, so daß in einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung beide Gehäuseteile einschließlich des Stempels aus einem Kunststoff hergestellt sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Stempel eine zentrale Bohrung zur geschützten Ableitung des ag­ gressiven Mediums durch das Hochdruckventil hindurch beim Bruch der Membran auf. Diese zentrale Bohrung des Stempels kann, muß jedoch nicht genau über eine der beiden Ventilbohrungen liegen. Die beiden Ventilbohrungen können vorzugsweise außerhalb des Zentrums des Ventilsitzes angeordnet sein, während die Berst­ schutzbohrung vorzugsweise im Zentrum des Stempels angeordnet ist, so daß beim Bersten der Membran das aggressive Medium durch die zentrale Bohrung des Stempels nach außen geleitet werden kann. Dazu ragt der Stempel vorzugsweise mit seinem der Stirnfläche gegenüberliegenden Ende aus dem ersten Gehäuseteil heraus und bildet an diesem Ende einen Ansatz zum Anschluß ei­ ner Leitung zum geschützten Ableiten des aggressiven Mediums aus der zentralen Bohrung des Stempels. Somit wird vorteilhaft sichergestellt, daß selbst beim Bersten der Membran ein Ein­ dringen des unter Hochdruck stehenden aggressiven Mediums in den Steuerkreislauf nicht auftreten kann. Zum Heben und Absen­ ken des Stempels weist der Stempel in seinem mittleren Bereich vorzugsweise eine scheibenförmige Verdickung auf, die als Hub­ kolben ausgebildet ist und sich an einer Innenwand des ersten Gehäuseteils gleitend abstützt. Gegenüber der Innenwand des Ge­ häuses ist dieser Hubkolben durch eine Ringnut auf seiner Man­ telfläche und einem O-Ring abgedichtet. Dazu weist vorzugsweise die scheibenförmige Verdickung eine zylindrische Mantelfläche mit einer O-Ringnut auf, die einen O-Ring zur gleitenden Ab­ dichtung gegenüber der Innenwand des ersten Gehäuseteils auf­ nimmt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die schei­ benförmige Verdickung mit einer ihrer Außenflächen einen Steu­ erdruckraum im ersten Teil des Gehäuses aus und weist auf der gegenüberliegenden Außenfläche ein Tellerfederpaket zum Vor­ spannen des Stempels mit seiner Stirnfläche gegenüber der Mem­ bran auf. Tellerfederpakete haben gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Spiralfedern den Vorteil einer höheren Federsteifigkeit, so daß bei minimaler Auslenkung der Tellerfe­ der hohe Druckkräfte mit der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Stirnfläche des Stempels und damit auf die Membran ausgeübt werden können. Aufgrund der zentralen Bohrung zum Berstschutz ist es vorteilhaft, den Stempel vorzugsweise aus Kunststoff herzustellen. Ohne diese zusätzliche Schutzfunktion ist es durchaus denkbar, den Stempel auch aus Metall zu bilden. Bei der Ausführung des Stempels mit einer Verdickung aus Kunststoff besteht die Gefahr, daß sich die Tellerfederpakete, die übli­ cherweise aus Stahlfedermaterial bestehen, in den Kunststoff einarbeiten und damit ihre Rückstellwirkung verlieren. Deshalb stützen sich die Federpakete gegenüber der Verdickung auf einer Metallscheibe ab und ebenso mit einer weiteren Metallscheibe kann das erste Gehäuseteil, falls es auch aus Kunststoff herge­ stellt ist, vor einem Einarbeiten des Tellerfederpaketes ge­ schützt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Stempels wird ein in­ tegrales Bauteil geschaffen, das multifunktional ist und damit die Anzahl der zu fertigenden Teile eines Hochdruckventils für aggressive Medien drastisch reduziert, und bisher ungelöste Funktionen, wie die Ableitung des aggressiven Mediums bei Fehl­ funktionen des Hochdruckventils, erfüllt, und darüberhinaus das bekannte Ventilverschlußelement und die übliche Kolbenplatte des konventionellen Hochdruckventils zu einem Bauteil verei­ nigt, sowie korrosionsanfällige Verbindungselemente zwischen Ventilverschlußelement und Kolbenplatte, wie Schrauben, und Ab­ dichtelemente, wie O-Ringe, überflüssig macht.

In einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Ab­ standsmeßrohr gegenüber einem Schutzring, der das Tellerfeder­ paket umschließt, angeordnet. Dieses Abstandsmeßrohr kann vor­ zugsweise mit einer Leuchtdiode zur Anzeige des Schaltzustands des Hochdruckventils gekoppelt sein. Dazu kann das Abstandsmeß­ rohr mit einem induktiven Sensor gekoppelt sein, so daß bei der geringsten Bewegung der Verdickung des Stempels eine Anzeige des Schaltzustands des Ventils erfolgt. Der erste Teil des Ge­ häuses ist gegenüber dem zweiten Teil des Gehäuses vorzugsweise mittels eines O-Ringes abgedichtet, wobei lediglich das nicht aggressive Steuermedium bis zu diesem O-Ring heranreicht. Um den Stempel und sein stirnseitiges Ende sicher zu führen, wird er vorzugsweise in einer Stopfmutter gleitend und mittels eines O-Rings abgedichtet angeordnet. Dieser O-Ring hat bei normalem Betrieb eine größere Bedeutung und soll im Falle des Berstens der Membran das Ableiten des aggressiven Medium durch die zen­ trale Bohrung des Stempels in entsprechende Aufnahmeleitungen sichern, ohne daß das aggressive Medium in den Steuerkreislauf geraten kann.

Die Stopfmutter ist vorzugsweise gegenüber dem zweiten Teil des Gehäuses mittels eines O-Rings abgedichtet, dieser O-Ring hat die Funktion, den Steuerdruckraum gegenüber der Berstschutzboh­ rung im Stempel abzudichten, so daß der volle Steuerdruck im Steuerdruckraum aufgebaut werden kann, sobald ein Steuerdruck an der Anschlußöffnung 36 für das Steuermedium anliegt. Die Stopfmutter preßt mit ihrer Stirnfläche den Außenrand der Mem­ bran auf den Außenumfang des Ventilsitzes. Damit wird vorteil­ hafterweise eine statische und stabile Abdichtung und Trennung zwischen dem aggressiven Medium unter hohem Druck von bis zu 5 MPa zu dem Steuermedium mit einem um eine Größenordnung klei­ neren Steuerdruck hergestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Membran einen verstärkten Rand auf, der gleichzeitig zwei Funk­ tionen erfüllt, einmal eine Dichtfunktion und zum anderen eine Klemmfunktion. Die Dichtfunktion kann dann erfüllt werden, wenn ein O-ringförmig verstärkter Rand der Membran in eine Nut im Ventilsitz eingreift und in dieser Nut von der Stirnfläche der Stopfmutter gepreßt und abdichtend gehalten wird. Die Spann­ funktion wird allein schon dadurch erreicht, daß der verstärkte Randbereich der Membran durch die Stirnfläche der Stopfmutter auf den Randbereich des Ventilsitzes gepreßt wird. Um die Mem­ bran im eingespannten Randbereich nicht zusätzlichen Scherkräf­ ten auszusetzen, wenn das Ventil betätigt wird, werden scharfe Kanten der Stopfmutter im Bereich der Stirnfläche vermieden, und bei extremer Belastung kann als Membran auch ein Verbund­ werkstoff vorzugsweise aus einer Metallfolie mit Kunststoffbe­ schichtung eingesetzt werden. Bevorzugt wird auch als Membran­ werkstoff ein faserverstärkter Kunstoff eingesetzt.

Der zweite Gehäuseteil des Hochdruckventils ist vorzugsweise aus einem massiven Kunststoffblock gearbeitet, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, das sich einerseits als sehr beständig gegenüber aggressiven Medien erwiesen hat und andererseits aus­ gezeichnet spanabhebend bearbeitet werden kann. In den massiven Block wird die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung eingearbei­ tet, um normgerechte Steckverbindungen, Quetschverbindungen oder Schraubverbindungen mit Hochdruckleitungen für aggressive Medien herzustellen. Über entsprechende Längsbohrungen sind die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung mit den jeweiligen Ventil­ bohrungen verbunden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Er­ findung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Hochdruckventils gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines konventionellen Hoch­ druckventils für maximale Mediendrücke von bis zu 0,8 MPa aus dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt ein Hochdruckventil für aggressive Medien mit pneumatischer Ansteuerung, einem mehrteiligen Gehäuse 1, wobei mindestens ein erster Teil 2 die pneumatische Ansteuerung auf­ nimmt und ein Steuermedium aufweist. Ein zweiter Gehäuseteil 3 steht mit dem aggressiven Medium in Berührung und weist einen Ventilsitz 4, zwei Ventilbohrungen 5 und 8 und ein Ventilver­ schlußelement 6, das mit dem Ventilsitz 4 zusammenwirkt, auf. Der Ventilsitz 4 hat eine ebene Fläche, die von einer Membran 7 bedeckt wird, wobei die Randbereiche 35 der Membran 7 verstärkt sind und in eine Ringnut 62 im Ventilsitz eingreifen.

Der Randbereich 35 der Membran 7 wird mit einer Stopfmutter 31 gegen den Randbereich des Ventilsitzes 4 mit der Ringnut 62 ab­ dichtend gepreßt, so daß kein aggressives Medium den zweiten Teil 3 des Gehäuses verlassen kann. Die Membran 7 wird in ihrem Steuerbereich durch einen Stempel 11 gestützt, der durch ein Federpaket 24 auf den Ventilsitz 4 gepreßt wird. Dazu weist der Stempel 11 im Bereich der Membran 7 eine ebene Stirnfläche 12 auf und im Bereich des ersten Teils 2 des Gehäuses 1 eine Ver­ dickung 16 auf. Diese Verdickung 16 überträgt die Druckkraft des Tellerfederpakets 24 auf den Stempel 11, und da sowohl der Stempel 11 als auch das erste Teil 2 des Gehäuses 1 und das zweite Teil 3 des Gehäuses 1 in dieser Ausführungsform aus Kunststoff sind, wird diese Tellerfederpackung 24 von zwei Me­ tallscheiben 25 und 54 in dem ersten Teil 2 des Gehäuses 1 ein­ gefaßt.

Ein Schutzring 26 umgibt dieses Tellerfederpaket 24 und dieser Schutzring 26 dient gleichzeitig im Zusammenwirken mit einem induktiven Sensor 55 und einem Abstandsmeßrohr 27 der Abstand­ sermittlung und der Bewegungsermittlung des Stempels 11, um über eine Leuchtdiode 28 den Betriebszustand des Hochdruckven­ tils anzuzeigen.

Die Verdickung 16 des Stempels 11 weist eine Mantelfläche 18 auf, die in einer zylindrischen Ausnehmung des ersten Teils 2 des Gehäuses 1 gleitend angeordnet ist. Um einen Steuerdruck­ raum 22 zu bilden, ist in die Mantelfläche 18 eine Ringnut 19 eingearbeitet, die von einem O-Ring 20 ausgefüllt wird, so daß der Stempel 11 abgedichtet in der zylindrischen Ausnehmung be­ wegt werden kann. Der erste Teil 2 des Gehäuses 1 ist mit dem zweiten Teil 3 des Gehäuses 1 über ein Gewinde 56 verbunden.

Zwischen den beiden Teilen dichtet wiederum ein O-Ring 29 den Druckraum 22 ab, so daß beim Anlegen eines Steuerdruckes an die Anschlußöffnung 36 der Stempel 11 mit seiner Verdickung 16 ge­ gen die Wirkung des Tellerfederpaketes 24 angehoben wird und die Membran 7 freigibt, so daß die Ventilbohrungen 5 und 8 über den Ventilsitz miteinander verbunden sind und das aggressive, unter einem Hochdruck von bis zu 5 MPa stehende Medium an der Einlaßöffnung 9 zur Auslaßöffnung 10 über die Längsbohrungen 52 und 53, welche die Ventilbohrung 5 mit dem Einlaß verbindet bzw. die Ventilbohrung 8 mit dem Auslaß verbindet, strömen. Zwar ist bei dieser Bewegung der Stempel 11 leicht angehoben, jedoch bleibt die Abdichtung statisch, weil der Rand der Mem­ bran 7 unbewegbar eingespannt bleibt und damit eine gleitende Abdichtung mit ihren großen Nachteilen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, vermieden wird.

Sollte wider Erwarten die Membran 7 reißen oder platzen, so kann das aggressive Medium durch eine zentrale Bohrung 13 im Stempel 11 zu einer Ausgangsöffnung abgeführt werden, ohne daß das aggressive Medium in den Steuerkreislauf gelangen kann. Da­ zu wird das der Stirnfläche 12 des Stempels 11 gegenüberliegen­ de Ende durch den ersten Teil 2 des Gehäuses 1 hindurchgeführt und besitzt einen Ansatz 15, an den eine Ablaufleitung ange­ schlossen werden kann, so daß das aggressive Medium auch nicht in die Umgebung entlassen wird und getrennt von dem Steuerraum 22 und dem Steuermedium abgeleitet werden kann.

Zwei weitere O-Ringdichtungen 34 und 32 im Bereich der Stopf­ mutter 31 sorgen dafür, daß im Berstfall, wenn die Membran 7 platzen oder aufreißen sollte, kein aggressives Medium in den Steuerdruckraum 22 gelangen kann, sondern unmittelbar in der zentralen Bohrung 13 des Stempels abgeführt wird. Somit ist diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung äußerst be­ triebssicher und ermöglicht mit wenigen Einzelteilen die Steue­ rung von aggressiven Medium in Druckbereichen, die von herkömm­ lichen Hochdruckventilen nicht bewältigt werden. Insbesondere ist die Lösung des Druckstempels, der die Membran beim Öffnen und Schließen stützt, ein integrales Bauteil, das leicht mon­ tierbar ist im Vergleich zum in Fig. 2 gezeigten Stand der Technik, bei dem das Ventilverschlußelement 6 aus drei Einzel­ teilen, einer Schraube 38, einem Ventilverschlußelement 6 und einer Kolbenplatte besteht, wobei schon funktional keine Mög­ lichkeit besteht, daß bei Leckagen der gleitenden O-Ringdich­ tung 44 das Steuermedium nicht mit aggressivem Medium verseucht wird. Darüber hinaus besteht gemäß Fig. 2 der erste Teil 2 des Gehäuses 1 aus zwei Teilen, nämlich der Gehäuseabdeckung 41 und dem zweiten Gehäuseteil 3, die aufeinander zu befestigen sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 wird folgendermaßen zusammen­ gebaut. Zunächst wird das zweite Teil 3 des Gehäuses 1 mit sei­ nem Ventilsitz 4 von einer Membran 7 bedeckt und anschließend die Stopfmutter 31 mit aufgesetztem O-Ring 34 in das Innenge­ winde 57 des zweiten Teils 3 des Gehäuses 1 eingeschraubt und damit die Stirnfläche 33 der Stopfmutter 31 auf den verstärkten Außenrand 35 der Membran 7 gepreßt. In die Bohrung der Stopf­ mutter 31 wird dann der Stempel 11 mit seiner Stirnfläche 12 und positioniertem O-Ring 32 eingeführt. Auf das herausragende Ende oberhalb der Verdickung 16 des Stempels wird eine Metall­ scheibe 25 und darüber ein Tellerfederpaket 24 mit einer ab­ schließenden Metallscheibe 54 gepackt und schließlich das erste Teil 2 des Gehäuses auf das Außengewinde 56 des zweiten Teils 3 des Gehäuses 1 bei positionierten O-Ringen 20 und 29 ge­ schraubt. Sobald der Ansatz 58 erreicht ist, wird eine Maden­ schraube 59 von außen in ein Innengewinde der Öffnung 60 ge­ schraubt und damit die Position des ersten Teils 2 gegenüber dem zweiten Teil 3 des Gehäuses 1 fixiert. Abschließend wird das Abstandsmeßrohr 27 mit dem Sensor 55 und der Leuchtdiode 28 in die dafür im ersten Teil 2 des Gehäuses 1 vorgesehene Boh­ rung eingeführt und gesichert. Damit ist der Zusammenbau des Hochdruckventils gemäß dieser Ausführungsform nach Fig. 1 mit wenigen Montageschritten beendet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines konventionellen Hoch­ druckventils für einen maximalen Druck bis zu 0,8 MPa des ag­ gressiven Mediums aus dem Stand der Technik, wie oben näher er­ läutert.

Bezugszeichenliste

1

mehrteiliges Gehäuse

2

erster Teil des Gehäuses

3

zweiter Teil des Gehäuses

4

Ventilsitz

5

erste Ventilbohrung

6

Ventilverschlußelement

7

Membran

8

zweite Ventilbohrung

9

Einlaßöffnung

10

Auslaßöffnung

11

Stempel

12

Stirnfläche des Stempels

13

zentrale Bohrung des Stempels

14

gegenüberliegendes Ende des Stempels

15

Ansatz des Stempels

16

Verdickung des Stempels

17

Innenwand des ersten Teils des Gehäuses

18

zylindrische Mantelfläche des Stempels

19

O-Ringnut der Mantelfläche

20

O-Ring der Verdickung

21

Außenfläche der Verdickung

22

Steuerdruckraum

23

gegenüberliegende Außenfläche der Verdickung

24

Tellerfederpaket

25

Metallscheibe

26

Schutzring

27

Abstandsmeßrohr

28

Leuchtdiode

29

O-Ring zwischen erstem Gehäuseteil und zweitem Gehäuseteil

30

stirnseitiges Ende des Stempels

31

Stopfmutter

32

O-Ring des Stempelendes

33

Stirnfläche der Stopfmutter

34

O-Ring der Stopfmutter

35

verstärkter Randbereich der Membran

36

Anschlußöffnung für Steuermedium

37

Kolbenplatte

38

Schraube

39

und

40

Spiralfedern

41

Gehäuseabdeckung

42

zylindrische Aussparung im Gehäuseteil

1

43

unterer Bereich der Aussparung

44

O-Ringdichtung

45

Führungsbohrung

46

Hochdruckraum

47

O-Ring im ersten Teil des Gehäuses

48

Zentrierscheibe

49

O-Ringdichtung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil

51

Steuerdruckraum

52

und

53

Längsbohrung

54

Metallscheibe

55

induktiver Sensor

56

Außengewinde des zweiten Teils des Gehäuses

57

Innengewinde des zweiten Teils des Gehäuses

58

Ansatz

59

Madenschraube

60

Innengewinde für die Madenschraube

61

Mantelbereich der Kolbenplatte

62

Ringnut im Ventilsitz

Claims (21)

1. Hochdruckventil für aggressive Medien mit pneumatischer An­ steuerung, einem mehrteiligen Gehäuse (1), wobei mindestens ein erster Teil (2) die pneumatische Ansteuerung aufnimmt und ein Steuermedium aufweist und ein zweiter Teil (3) mit dem aggressiven Medium in Berührung steht und einen Ventil­ sitz (4), eine Ventilbohrung und ein Ventilverschluß­ element (6), das mit dem Ventilsitz (4) zusammenwirkt, auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membran (7) die Medien des ersten und des zweiten Ge­ häuseteils (2, 3) voneinander trennt, und die Membran (7) den Ventilsitz (4) abdeckt, der Ventilsitz (4) plan ausgebildet ist und eine erste Ventilbohrung (5) und eine zweite Ventilbohrung (8) aufweist, wobei die erste Ventilbohrung (5) des Ventilsitzes (4) mit einer Einlaßöff­ nung (9) für das aggressive Medium und die zweite Ventil­ bohrung (8) des Ventilsitzes (4) mit einer Auslaßöffnung (10) für das aggressive Medium in Wirkverbindung stehen und ein Stempel (11) mit planer Stirnfläche (12), der im ersten Teil (2) des Gehäuses geführt angeordnet ist und mit seiner Stirnfläche (12) die Membran (7) beim Öffnen und Schließen des Hochdruckventils führt und stützt, bewegbar ist.

2. Hochdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Poly­ tetrafluorethylen, hergestellt ist.

3. Hochdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) aus einer zum aggressiven Medium hin kunststoffbeschichteten Metallfolie hergestellt ist.

4. Hochdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) aus einem Verbundwerkstoff vorzugsweise mit einer Polytetrafluorethylen-Beschichtung zum aggressi­ ven Medium hin hergestellt ist.

5. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (11) eine zentrale Bohrung (13) zur geschützten Ableitung des aggressiven Me­ diums beim Bruch der Membran (7) aufweist.

6. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (11) mit seinem der Stirnfläche (12) gegenüberliegenden Ende (14) aus dem er­ sten Teil (2) des Gehäuses herausragt und einen Ansatz (15) zum Anschluß einer Leitung zum geschützten Ableiten des ag­ gressiven Mediums aus der zentralen Bohrung (13) des Stem­ pels aufweist.

7. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (11) in seinem mittleren Bereich eine scheibenförmige Verdickung (16) auf­ weist, die als Hubkolben ausgebildet ist und sich an einer Innenwand (17) des ersten Teils (2) des Gehäuses (1) glei­ tend abstützt.

8. Hochdruckventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Verdickung (16) eine zylindrische Mantelfläche (18) mit einer O-Ringnut (19) aufweist, die einen O-Ring (20) zur gleitenden Abdichtung gegenüber der Innenwand (17) des ersten Teils (2) des Gehäuses aufnimmt.

9. Hochdruckventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die scheibenförmige Verdickung (16) mit einer ihrer Außenflächen (21) einen Steuerdruckraum (22) im er­ sten Teil (2) des Gehäuses abgrenzt und auf der gegenüber­ liegenden Außenfläche (23) ein Tellerfederpaket (24) zum Vorspannen des Stempels (11) mit seiner Stirnfläche (12) gegenüber der Membran (7) aufweist.

10. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (11) aus Kunststoff hergestellt ist.

11. Hochdruckventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Tellerfederpaket (24) und der Verdickung (16) eine Metallscheibe (25) angeordnet ist.

12. Hochdruckventil nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzring (26) zwischen dem Tel­ lerfederpaket (24) und der Innenwand (17) des ersten Teils (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist.

13. Hochdruckventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandsmeßrohr (27) gegenüber dem Schutzring (26) angeordnet ist.

14. Hochdruckventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leuchtdiode (28) mit dem Abstandsmeßrohr (27) zur Anzeige des Schaltzustands des Hochdruckventils gekoppelt ist.

15. Hochdruckventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abstandsmeßrohr (27) mit einem induktiven Sensor gekoppelt ist.

16. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (2) des Gehäuses (1) gegenüber dem zweiten Teil (3) des Gehäuses (1) mittels eines O-Rings (29) abgedichtet ist.

17. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (11) an seinem stirnseitigen Ende (30) in einer Stopfmutter (31) gleitend und mittels eines O-Rings (32) abgedichtet angeordnet ist.

18. Hochdruckventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfmutter (31) mit einer Stirnfläche (33) den Au­ ßenrand der Membran (7) fixiert.

19. Hochdruckventil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stopfmutter (31) gegenüber dem zweiten Teil (3) des Gehäuses (1) mittels eines O-Rings (34) abge­ dichtet ist.

20. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) kreisförmig ist und einen verstärkten Rand (35) aufweist.

21. Hochdruckventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil (3) des Gehäu­ ses (1) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polytetrafluore­ thylen (PTFE) hergestellt ist.