DE20211511U1

DE20211511U1 - Ventil

Info

Publication number: DE20211511U1
Application number: DE20211511U
Authority: DE
Original assignee: Flowserve Essen GmbH
Current assignee: Flowserve Essen GmbH
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2002-07-13
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2012-07-14

Description

PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS

Anwaltsakte:

95 217/M/Nu

Diplom-Physiker

DR. WALTER ANDREJEWSKI (-199<

Diplom-Ingenieur

DR.-ING. MANFRED HONKE

Diplom-Physiker

DR. KARL GERHARD MASCH

Diplom-Ingenieur

DR.-ING. RAINER ALBRECHT

Diplom-Physiker

DR. JÖRG NUNNENKAMP

Diplom-Chemiker

DR. MICHAEL ROHMANN

Diplom-Physiker

DR. ANDREAS VON DEM BORNE

D 45127 Essen, Theaterplatz 3 D 45002 Essen, P.O. Box IO 02 54

11. April 2 0 02

Gebrauchsmusteranmeldung

Flowserve Essen GmbH
Manderscheidtstraße 19

45141 Essen

Ventil

Andrejewski, Honke & Sozien, Patentanwälte in Essen

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Aseptik- oder Steril-Ventil, mit einer Stellstange mit endseitigem Schließkörper, und mit einer Membran, welche eine Kammer mit Einlass- und Auslassöffnung von einem Aufsatz trennt, wobei die Stellstange die Membran im Bereich einer Membranöffnung durchdringt, und wobei ein Stützkörper vorgesehen ist, welcher die Membran im Bereich ihrer Membranöffnung gegenüber dem Schließkörper an der Stellstange fixiert.

Der Aufsatz dient regelmäßig zur Lagerung und Halterung der Stellstange, die ihrerseits pneumatisch oder anderweitig in Axialrichtung linear verstellt wird. Dadurch lässt sich der endseitig der Stellstange vorgesehene Schließkörper zwischen einer Verschlussposition und einer Öffnungsposition des Ventils bewegen. In der Verschlussposition liegt der Schließkörper an einem Sitz innerhalb der Kammer an, während er in der Öffnungsposition einen vorbestimmten Abstand von diesem Sitz aufweist. Dadurch kann der Strom eines Mediums von der Einlass- zur Auslassöffnung (oder zurück) mit Hilfe des Ventils abgeschottet oder durchgelassen werden.

Bei den mit Hilfe dieser Ventile bzw. Stellventile behandelten Medien handelt es sich üblicherweise um Flüssigkeiten der Bio- oder Lebensmitteltechnologie, die absolute Sterilität verlangen. Hierzu trägt die Membran bei, die einen hermetischen Abschluss nach außen hin gewährleistet.

Nun besteht bei solchen Ventilen, wie sie entsprechend der Gattung im Rahmen der DE 695 08 865 T2 beschrieben werden,

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ein Problem dergestalt, dass in den Zu- oder Ableitungen zu der Kammer bei manchen Betriebsstellungen nicht vorsehbare Druckstöße auftreten. Diese können im Extremfall zum Reißen der Membran führen, so dass ein hermetischer Abschluss nach außen hin dann nicht mehr gegeben ist.

Zwar hat der Stand der Technik an dieser Stelle rudimentär bereits einzelne Führungsorgane für die Membran vorgesehen, die auch eine gewisse Stützfunktion übernehmen mögen, allerdings werden die zuvor skizzierten Probleme nicht vollständig beherrscht. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Ventil, insbesondere Aseptik- oder Steril-Ventil, so weiter zu entwickeln, dass (unbeabsichtigte) Druckstöße in der Kammer von der Membran in weiten Grenzen beschädigungsfrei aufgenommen werden.

Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Ventil dadurch gekennzeichnet, dass die Membran im Bereich ihrer Membranöffnung ein Armierungselement aufweist, welches in Verbindung mit dem Stützkörper die Membran großflächig einspannt und festhält. Denn der Stütz-5 körper verfügt vorzugsweise über eine radiale Ausdehnung, die größer als eine noch verbleibende unabgedeckte Freifläche der Membran ausgebildet ist. D. h., der Stützkörper deckt mehr als die Hälfte der Membranfläche ab, so dass es in Verbindung mit dem Armierungselement zu der großflächigen Einspannung und dem Festhalten der Membran kommt.

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Um dies zu erreichen, lässt sich der Stützkörper gegenüber der Stellstange in variabler Axialposition verstellen. Zu diesem Zweck ist der Stützkörper hauptsächlich mit Hilfe einer Axial-/Drehverbindung, z. B. Schraubverbindung, auf der Stellstange gelagert. Dadurch kann die Membran zwischen dem Stützkörper und dem Schließkörper mit definierten Presskräften beaufschlagt werden. Denn der in seiner Axialposition variable verstellbare Stützkörper sorgt für eine entsprechende Pressung.

Zu diesem Zweck ist der Stützkörper zumeist als Ringscheibe mit an den Außendurchmesser der Stellstange angepasster Ringöffnung ausgebildet. Der Stützkörper verfügt über eine Ringwulst auf seiner dem Armierungselement zugewandten Rückenfläche, so dass mit Hilfe dieser Ringwulst eine Aufnahme für das Armierungselement definiert wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Armierungselement einwandfrei in der betreffenden Aufnahme aufgenommen wird und bei dem beschriebenen Pressvorgang der Membran keine Radialverschiebungen erfährt. Unbeabsichtigte Quetschungen der Membran werden hierdurch also ausgeschlossen.

Hierzu trägt auch der Umstand bei, dass die Ringwulst vorzugsweise in innenseitige Schrägflächen zur Abstützung der Membran übergeht. Diese Schrägflächen sind von ihrer Winkelstellung her an den Verlauf der Membran im Betrieb angepasst.

Auch bei dem Armierungselement handelt es sich um eine Ringplatte mit an den Außendurchmesser der Stellstange angepasster Ringöffnung. Dadurch werden sowohl der Stütz-

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körper als auch das Armierungselement einwandfrei in Axialrichtung auf der Stellstange geführt, so dass die beschriebene Membranpressung und Fixierung derselben an der Stellstange quetschungsfrei gelingt.
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In der Regel ist das Armierungselement in die Membran integriert, was beispielsweise mittels eines Kunststoff-/Metall-Spritzvorganges, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Haftvermittler, vorgenommen werden kann. Denn das Armierungselement ist größtenteils aus Metall gefertigt, während die Membran aus Kunststoff bzw. Polytetrafluorethylen (PTFE) (oder Gummi) gefertigt sein mag. Jedenfalls kann hier auf übliche Verbindungstechniken zwischen Membran und Armierungselement zurückgegriffen werden.

In der Regel besitzt das Armierungselement eine Stärke bzw. Materialdicke, die gleich oder größer als die Dicke der Membran ausgebildet ist. Hierdurch verfügt das Armierungselement wenigstens bereichsweise über eine von der Membran unabgedeckte Frontfläche. Gegen diese Frontfläche liegt ein Teil der Rückenfläche des Stützkörpers bzw. der Ringscheibe an, und zwar im Bereich der Aufnahme für das Armierungselement, die von der Ringwulst des Stützkörpers umschlossen wird.

Schließlich verfügt das Armierungselement über eine der Frontfläche gegenüberliegende Rückenfläche, die von der Membran bedeckt wird. Dadurch lässt sich die Membran gegenüber dem Stellkörper fixieren.

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Im Ergebnis wird ein Ventil, insbesondere Stellventil, für Aseptik- oder Steril-Anwendungen zur Verfügung gestellt, welches besondere Schutz- und Abstützmaßnahmen für die obligatorische Membran zur Verfügung stellt. Das wird im Kern durch die großflächige Einspannung mit Hilfe des Stützkörpers erreicht, welcher in Kombination mit dem Armierungselement für die gewünschte Fixierung sorgt. Sowohl der Stützkörper als auch das Armierungselement sind üblicherweise aus Metall, insbesondere Edelstahl, gefertigt. Selbstverständlich werden aber auch andere Werkstoffe umfasst.

So mag das Armierungselement grundsätzlich auch als Gewebeeinlage, Drahtgeflecht etc. ausgeführt sein, so lange nur in Verbindung mit dem Stützkörper die großflächige Abstützung der Membran gelingt.

Dabei arbeitet der Stützkörper mit definierten Presskräften auf die Membran, so dass in Verbindung mit der einwandfreien Führung von einerseits dem Stützkörper und andererseits dem Armierungselement auf der Stellstange eine quetschungsfreie Fixierung der Membran letztlich zwischen der Rückenfläche des Armierungselementes und einer zugehörigen Frontfläche des Schließkörpers gelingt. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil im Schnitt.

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Man erkennt in der Darstellung ein Ventil, insbesondere Stellventil in der Ausführungsform als Eckventil, welches in seinem grundsätzlichen Aufbau über eine Stellstange 1 und einen endseitigen Schließkörper 2 sowie eine Membran 3 verfügt. Die Stellstange 1 kann in Axialrichtung bewegt werden, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Das mag elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf andere Art und Weise geschehen.

Dadurch wird ein Schließkörper 2 von seiner in der Figur durchgezogen dargestellten Verschlussposition in eine gestrichelt angedeutete Öffnungsposition bewegt. Hierdurch kann ein eine Kammer 4 mit Einlassöffnung 5 und Auslassöffnung 6 durchströmendes Medium abgeschottet oder durchgelassen werden.

In der Verschlussposition des Schließkörpers 2 liegt dieser an einem Ventilsitz 7 an. Dagegen weist der Schließkörper 2 in der Öffnungsposition einen bestimmten Abstand von dem Ventilsitz 7 auf. - Zur Führung der Stellstange 1 ist im Bereich eines Aufsatzes 8 eine übliche Gleitlagerung in einer Sicherheitsstopfbuchse vorgesehen.

Die Membran 3 trennt nun die Kammer 4 von dem Aufsatz 8. Zu diesem Zweck verfügt die im Rahmen des Ausführungsbeispiels kreisringförmig ausgestaltete Membran 3 außenrandseitig über Haltenasen 3a, die in korrespondierende Nuten 9 im Aufsatz 8 eingreifen. Durch die Verbindung des Aufsatzes 8 mit der Kammer 4 wird die Membran 3 außenrandseitig eingespannt.

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Im Bereich ihres Zentrums verfügt die Membran 3 über eine Membranöffnung 10, die von der Stellstange 1 durchdrungen wird. Zur Fixierung der Membran 3 im Bereich der Membranöffnung 10 dient ein Stützkörper 11, welcher die Membran 3 im Bereich ihrer Membranöffnung 10 gegenüber dem Schließkörper 2 an der Stellstange 1 fixiert.

Zu diesem Zweck verfügt die Membran 3 im Bereich ihrer Membranöffnung 10 flankierend über ein Armierungselement

12. Das Armierungselement 12 hält nun die Membran 3 in Verbindung mit dem Stützkörper 11 großflächig fest und spannt die Membran 3 ein. Dieses großflächige Einspannen und Festhalten bedeutet, dass der Stützkörper 11 mit einer radialen Ausdehnung R ausgerüstet ist, die größer als eine unabgedeckte Freifläche F der Membran 3 ausgebildet ist. Letztlich ist von Bedeutung, dass die radiale Ausdehnung bzw. der Außenradius R des als Ringscheibe mit an den Außendurchmesser der Stellstange 1 angepasster Ringöffnung ausgebildeten Stützkörpers 11 längenmäßig gleich oder größer ist als der zu der Freifläche F korrespondierende unabgedeckte Abstand F zwischen dem Rand des Stützkörpers 11 und dem eingespannten Rand der Membran 3. D. h., auf die jeweiligen Längen bezogen gilt: R > F.

Dadurch, dass sich der Stützkörper 11 gegenüber der Stellstange 1 in variabler Axialposition verstellen lässt, kann auf die Membran 3 mit definierten Presskräften gearbeitet werden. Denn hierzu muss der Stützkörper 11 lediglich mit Hilfe einer Schraubverbindung 13 als Lagerung auf der Stellstange 1 von seiner Axialposition her im Vergleich zur Stellstange 1 variiert werden. Dadurch wird die Membran 3

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mehr oder minder zwischen dem Armierungselement 12 und dem Schließkörper 2 eingespannt bzw. gepresst.

Das Armierungselement 12 ist wie der Stützkörper 11 als Ringplatte mit an den Außendurchmesser der Stellstange 1 angepasster Ringöffnung ausgeführt. Dadurch werden der Stützkörper 11 und das Armierungselement 12 einwandfrei auf der Stellstange 1 in Axialrichtung geführt, was für den beschriebenen Fixierungsvorgang der Membran 3 von besonderer Bedeutung ist.

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist das Armierungselement 12 bzw. die Ringscheibe darüber hinaus in die Membran 3 integriert und verfügt über eine Stärke S, die gleich oder größer als die Dicke D der Membran 3 ausgebildet ist. Dadurch besitzt das Armierungselement 12 wenigstens bereichsweise eine von der Membran 3 unabgedeckte Frontfläche 14. Gegenüber dieser Frontfläche 14 ist eine Rückenfläche 15 des Armierungselementes 12 vorgesehen, die von der Membran 3 zu ihrer Fixierung gegenüber dem Schließkörper 2 bedeckt wird.

Der Stützkörper 11 liegt an der von der Membran 3 unabgedeckten Frontfläche 14 des Armierungselementes 12 an, so dass eine Schraubbewegung des Stützkörpers 11 in der Schraubverbindung 13 einwandfrei auf das Armierungselement 12 übertragen werden kann, ohne dass die mit dem Armierungselement 12 verbundene Membran 3 den Drehbewegungen des Stützkörpers 11 folgt. Denn bei diesem Schraubvorgang muss der Stützkörper 11 lediglich Gleitreibungskräfte an der Frontfläche 14 bzw. gegenüber der Membran 3 überwinden.

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Das gelingt problemlos, weil sowohl der Stützkörper 11 als auch das Armierungselement 12 aus Metall, insbesondere Edelstahl gefertigt sind und im Übrigen die Membran 3 aus PTFE besteht.
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Damit das Armierungselement 12 bei diesem Schraubvorgang des Stützkörpers 11 einwandfrei geführt und gehalten wird, verfügt der Stützkörper 11 über eine Ringwulst 16 auf seiner dem Armierungselement 12 zugewandten Rückenfläche. Die Ringwulst 16 definiert auf diese Weise eine Aufnahme 17 für das Armierungselement 12 . Es versteht sich, dass die Aufnahme 17 insofern an die Größe des Armierungselementes 12 angepasst ist.

Die Ringwulst 16 geht in seitliche Schrägflächen 18 über, die zur weiteren Abstützung der Membran 3 dienen. Dabei ist die Neigung dieser Schrägflächen 18 an den Verlauf der Membran 3 in der Kammer 4 im Betrieb angepasst, so dass eine durchgängige Anlage der Membran 3 von ihrer Membran-Öffnung 10 bis hin zum Rand des Stützkörpers 11 bzw. Ende der Schrägflächen 18 gewährleistet ist. Die Membran 3 wird also nur im Bereich der Freifläche F nicht festgehalten bzw. abgestützt. Dadurch können in der Kammer 4 auftretende Druckstöße einwandfrei aufgefangen werden. Denn diese wirken letztlich nur (noch) auf die Freifläche F und führen hier zu geringfügigen Verformungen der Membran 3.

Diese Verformungen der Membran 3 im Bereich der Freifläche F korrespondieren zu Auslenkungen der Membran 3, die im 0 Vergleich zur unabgestützten Membran, d. h. ohne Armierungselement 12 und Stützkörper 11, nur noch einen

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Bruchteil betragen. Weil R > F ist, bemessen sich die zugehörigen Auslenkungen zumeist zu weniger als die Hälfte, üblicherweise sogar weniger als ein Drittel, im Vergleich zur Situation ohne Abstützungsmaßnahmen.

Claims

1. Ventil, insbesondere Aseptik- oder Steril-Stellventil, mit einer Stellstange (1) mit endseitigem Schließkörper (2), und mit einer Membran (3), welche eine Kammer (4) mit Einlassöffnung (5) und Auslassöffnung (6) von einem Aufsatz (8) trennt, wobei die Stellstange (1) die Membran (3) im Bereich einer Membranöffnung (10) durchdringt, und wobei ein Stützkörper (11) vorgesehen ist, welcher die Membran (3) im Bereich ihrer Membranöffnung (10) gegenüber dem Schließkörper (2) an der Stellstange (1) fixiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) im Bereich ihrer Membranöffnung (10) ein Armierungselement (12) aufweist, welches in Verbindung mit dem Stützkörper (11) die Membran (3) großflächig einspannt und festhält.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) gegenüber der Stellstange (1) in variabler Axialposition verstellbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) die Membran (3) mit definierten Presskräften beaufschlagt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) mit Hilfe einer Axial-/Drehverbindung, z. B. Schraubverbindung (13), auf der Stellstange (1) gelagert ist.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) als Ringscheibe mit an den Außendurchmesser der Stellstange (1) angepasster Ringöffnung ausgebildet ist.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) eine radiale Ausdehnung (R) besitzt, die gleich oder größer als eine unabgedeckte Freifläche (F) der Membran (3) ausgebildet ist.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (11) eine Ringwulst (16) auf seiner dem Armierungselement (12) zugewandten Rückenfläche aufweist, wobei die Ringwulst (16) eine Aufnahme (17) für das Armierungselement (12) definiert.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwulst (16) in seitliche Schrägflächen (18) zur Abstützung der Membran (3) übergeht.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (12) als Ringplatte mit an den Außendurchmesser der Stellstange (1) angepasster Ringöffnung ausgebildet ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (12) in die Membran (3) integriert ist, beispielsweise mittels eines Kunststoff-/Metall-Spritzvorganges gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Haftvermittler.

11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (12) eine Stärke (5) aufweist, die gleich oder größer als die Dicke (D) der Membran (3) ausgebildet ist, so dass das Armierungselement (12) wenigstens bereichsweise eine von der Membran (3) unabgedeckte Frontfläche (14) aufweist.

12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Armierungselement (12) eine der Frontfläche (14) gegenüberliegende Rückenfläche (15) besitzt, die von der Membran (3) zu ihrer Fixierung gegenüber dem Schließkörper (2) bedeckt ist.