DE2063509A1 - Membran, insbesondere für Membranventile - Google Patents

Description

Membran, insbesondere für Membranventile

Die Erfindung betrifft eine Membran, insbesondere für Membranventile, die aus Gummi oder einem Austauschmaterial besteht und die mit einer verstärkenden, mit Ausnehmungen versehenen Einlage ausgestattet ist.

Membranen, die während ihres Betriebes einer hohen Beanspruchung unterworfen sind, werden zur Erhöhung ihrer Festigkeit mit verstärkenden Einlagen versehen. Als Einlagen wurden bisher in der Hauptsache Gewebe verwendet, die wegen der zu fordernden hohen Belastbarkeit meist sehr fest und dicht ausgeführt waren. Naturgemäß bildeten diese Gewebeeinlagen zwischen die Membranwerkstoffschichten eingeschobene Trennschichten.

Da aufgrund der in wechselnder Richtung erfolgenden Durchbiegung einer Membran in den verschiedenen Schichten unterschiedliche Zug— und Druckspannungen auftreten, die sich in der Trennschicht als Scherspannung auswirken, imiß die Verbindung zwischen den Schichten sehr innig und widerstandsfähig sein. Dies umso mehr, als noch weitere trennende Kräfte auf die Verbindungsstellen der Membranschichten einwirken:

Das vergleichsweise steife Gewebe vermag den Membranbewegungen nicht so elastisch zu folgen wie der das Gewebe umgebende Werkstoff. Dadurch werden zusätzliche Spannungen

209829/0783

hervorgerufen.. Überdies wird der Stärke der zu verwendenden Gewebe, die in einem gewissen Verhältnis zu der Steifheit steht, eine Grenze gesetzt. Diese Tatsache zwang bei der Herstellung sehr stark beanspruchter Membranen oftmals dazu, mehrere, voneinander getrennte Gewebeeinlagen vorzusehen. Das hatte aber zur Folge, daß mindestens eine der Einlagen außerhalb der Zone der geringsten Verformung lag, daher hoch belastet wurde und wegen ihrer Trennfunktion starke Spannungen hervorrief.

Eine weitere Beanspruchung der Membranschichtenverbindung kann sich aus der Einsatzart ergeben, wenn hoher Druck oder Vakuum, starke Walkarbeit, hohe Temperaturen auf die Membran einwirken. Vor allem thermische Belastung und Einsatz im Vakuum führten oftmals zu Ablösungen der unteren Membran— schicht.

Durch, den Membranwerkstoff hindurch diffundierendes Medium kann in möglicherweise vorhandenen kleinen Hohlräumen im Bereich, der Trennschicht einen die Verbindung zusätzlich beanspruchenden Differenzdruck aufbauen. Um Ablösungen der Membranschichten voneinander zu vermeiden, mußte der Membranwerkstoff dicht und fest mit der Gewebeeinlage verbunden werden. Es sollten die einzelnen Fäden des Gewebes möglichst vollkommen mit Membranwerkstoff umhüllt sein. Eine solche Verbindung läßt sich aber bei Sonderkautschuken oder Kunststoffen nur schwer oder gar nicht verwirklichen..

209829/0783

Um die völlige Trennung der Membranwerkstoffschichten voneinander aufzuheben, wurde bereits eine Gewebeeinlage verwendet, die von einer Vielzahl kleiner Öffnungen durchbrochen war. Innerhalb dieser Öffnungen fand eine punktweise Vulkanisation der Werkstoffschichten statt. Zur Erlangung einer ausreichenden Verbindungsfestigkeit bei hoher Beanspruchung der Membran reichte aber diese Maßnahme nicht aus. Außerdem mußten zur Herstellung derartiger durchbrochener Gewebe aufwendige Webverfahren angewendet werden, da der Fadenverlauf aus Festigkeitsgründen nicht unterbrochen werden durfte. Die Elastizität und die Dehnbarkeit des Gewebes waren beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verstärkende Einlage für Membranen aus Gummi oder einem Austauschmaterial zu schaffen, die der Membran eine hohe Festigkeit verleiht und die Ablösungen der Werkstoffschichten auch bei einem Einsatz unter extremen Bedingungen sicher verhindert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einlage mit Ausnehmungen versehen ist, die so groß bemessen sind, daß die ober- und unterhalb der Einlage befindlichen Werkstoffschichten innerhalb der Ausnehmungen auf einer insgesamt breiten Fläche miteinander verbunden sind, wobei die Ausnehmungen einen Anteil von etwa der Hälfte oder mehr an der Gesamtfläche der Einlage besitzen. Die Tatsache, daß

209829/0783

Membranwerkstoffschicnten sich auf breiter Fläche miteinander verbinden, schafft überdies die Möglichkeit, die Stärke der Einlage, die nun nicht mehr als Trennschicht wirkt j zu vergrößern. Die Verwendung mehrerer Einlagen erübrigt sich weitgehend. Werden aber in Ausnahmefällen dennoch mehrere Einlagen verwendet, so bilden diese keine Spannungen hervorrufenden Trennschichten mehr.

Die Einlage kann in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet sein, also beispielsweise aus einer mit Ausstanzungen versehenen Folie oder aus einem aus Kunststoff gegossenen Netzwerk bestehen. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, bei der Wahl des Materials und der Formgebung der Einlage die an die Membran gestellten besonderen Anforderungen zu berücksichtigen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Membran ist mit einer Einlage aus einem Netz aus Schuß- und Kettfäden versehen. Die Verwendung eines solchen Netzes bietet den Vorzug, daß einerseits sehr starke Fäden verwendet werden können, die der Membran eine hohe Festigkeit geben, daß andererseits aber auch die zwischen den Fäden verbleibenden Öffnungen eine große Fläche bilden, innerhalb derer sich die Werkstoffschichten miteinander verbinden« Die Dehnbarkeit der Schuß- und Kettfäden der Gewebeeinlage sollte annähernd gleich sein, um eine möglichst gleichmäßige Belastbarkeit der Membran in allen Richtungen zu errreichen.

20982 9/0783

Die Dehnbarkeit der Netzgewebeeinlage kann dadurch erhöht werden, daß die Schußfäden und/oder Kettfäden eine vergleichsweise starke Zwirnung erhalten. Dies bietet zunächst den Vorteil, daß sich bei der Membranfertigung die Einlage, ohne vorgeprägt zu sein, auch stark ausgeformten Membranen ohne Überbeanspruchung anpaßt. Die mit einer Einlage aus stark gezwirnten Fäden versehene Membran hat überdies den Vorzug, daß sie Druckstöße elastisch aufzufangen vermag und daß sie widerstandsfähiger ist gegen dynamische Beanspruchung und Falken, Die elastische Netzgewebeeinlage ist weniger steif und wirkt nicht als Spannungen hervorrufende Trennschicht. Eine weitere Erhöhung der Festigkeit und Widerstandsfähigkeit der Membran ergibt sich, wenn die Schußfäden und/oder Kettfäden aus mehreren miteinander verzwirnten Einzelfäden bestehen.

Der Anwendungsbereich des Erfindungsgegenstandes beschränkt sich nicht auf Membranen für Membranventile oder -pumpen, auf Steuer- oder Arbeitsmembranen; die erfindungsgemäße Aut>ildung der verstärkenden Einlage kann auch bei den Verschlußstücken verschiedener Ventile, beispielsweise Schlauch- und Quetschventilen Verwendung finden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Membran, in

-6-

209829/07 8 3

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer aus Schuß- und Kettfäden

gebildeten Netzgewebeinlage, und in Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer aus stark gezwirnten Schuß- und Kettfäden gebildeten Netzgewebeeinlage«

Die in der Fig.1 dargestellte Membran 1 ist aus zwei aus Gummi oder einem Austauschmaterial bestehenden Schichten 2, 3 zusammengesetzt. In der unteren Schicht 3 ist ein die obere Schicht 2 durchstoßender Befestigungsbolzen k verankert. Zur Verstärkung ist eine zwischen die beiden Werkstoffschichten 2 und 3 eingefügte Gewebeeinlage 5 innerhalb der Membran 1 angeordnet,

In den F±g.2 und 3 werden zwei verschiedene Gewebeeinlagen für Membranen in Ausschnitten gezeigt. Die Gewebeeinlage 5^a der Fig.2 besteht aus einem aus Schußfäden 6 und Kettfaden gebildeten Netzgewebe, wobei die Fäden 6_t 7 nur eine geringe Zwirnung besitzen.

Das in der Fig.3 dargestellte Netzgewebe 5b dagegen hat stark gezwirnte Schußfäden 8 und Kettfäden 9» Die starke Zwirnung der Fäden 8, 9 bewirkt eine sehr gute Anpassung der Gewebeeinlage 5b an die Membranform, was insbesondere bei stark gewölbten Membranen, wie sie beispielsweise im Ventilen mit zylindrischem Strömungsdurchlaß verx^endet werden, von großem Vorteil ists Die Gewebeeinlage 5b brauetit

209 82 9/078 3

ZUÖJÖÜ

vor dem Einlegen zwischen die beiden Werkstoffschichten der Membran nicht mehr vorgeformt zu werden« Auch beim Einsatz in dynamisch hoch beanspruchten Membranen oder bei Druckstößen erweist sich die aus stark gezwirnten Fäden 8, 9 gebildete Gewebeeinlage 5h wegen ihrer hohen Elastizität als sehr vorteilhaft.

Die Fäden der Gewebeeinlage 5 können entsprechend den geforderten Eigenschaften der Membran gewählt werden. Das Material der Fäden beschränkt sich nicht auf Garne aus Natur- oder Kunstfasern; es können auch mit Metallfäden verstärkte Garne, Metallitze oder massive Kunstfäden verwendet werden.

Die verstärkende Membraneinlage kann auch durch Gießen, Tauchen eines vorgefertigten Netzgewebes, z.B. aus Metallfäden, in einen umhüllenden Werkstoff, Ausstanzen einer Folie oder durch jedes andere Verfahren hergestellt werden, bei dem die Bedingungen der für- den Einsatzfall ausreichenden Eigenschaften der Einlage und der guten Verbindung der Werkstoffschichten (Anteil der Ausnehmungen etwa Hälfte der Gesamtfläche odernehr) erfüllt, sind. Die Form der Membraneinlage beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die des im Ausführungsbeispiel gezeigten = Netzes.

209829/0783

Claims (2)

Patentansprüche

1.yMembran, irisbesondere für Membranventile, die aus Gummi oder einem AustauscTiinaterial besteht und die mit einer verstärkenden, mit Ausnehmungen versehenen Einlage ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen der Einlage so bemessen sind, daß die ober- und unterhalb der Einlage befindlichen Werkstoff schichten innerhalb der Ausnehmungen auf einer insgesamt breiten Fläche miteinander verbunden sind, wobei die Ausnehmungen einen Anteil von etwa der Hälfte oder mehr an der Gesamtfläche der Einlage besitzen.

2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ausnehmungen versehene Einlage einstückig ausgebildet ist.

3. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage aus einem Netz aus Schuß- und Kettfäden gebildet ist.

k. Membran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnbarkeit der Schuß- und Kettfaden annähernd gleich ist.

-2-

209829/07 8 3

-v-

5. Membran nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden und/oder Kettfäden der Netzgewebeeinlage eine vergleichsweise starke Zwirnung besitzen.

6. Membran nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5t dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden und/oder die

Kettfäden der Netzgewebeeinlage aus mehreren miteinander verzwirnten Einzelfäden bestehen.

2 09829/0783