DE2341858C2 - Valve with a diaphragm actuated locking mechanism - Google Patents
Valve with a diaphragm actuated locking mechanismInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einem durch ein Druckmittel über eine Membran betätigten Verschlußstück, wobei die Membran bei Druckbelastung im Randbereich durch eine gehäusefeste Formfläche und im mittleren Bereich durch eine mit ihr bewegliche, am Gehäuse abstützbare Stützplatte abgestützt ist, insbesondere elektromagnetisch hilfsgesteuertes Magnetventil mit schwebend gehaltenem Membranrand.The invention relates to a valve with a diaphragm actuated by a pressure medium Closure piece, with the membrane in the case of pressure load in the edge area by a molded surface fixed to the housing and supported in the central area by a support plate which is movable with it and can be supported on the housing is, in particular electromagnetically controlled solenoid valve with a floating held Membrane edge.
Es ist ein Ventil dieser Art bekannt (DT-Gbm 1 718 812). bei dem das Verschlußstück und die Stützplatte von einer Düse durchsetzt sind, deren dem Ventilsitz abgewandte öffnung zusammen mit einem am Anker eines Elektromagneten angebrachten Verschlußstücks ein Hilfsventil bilden. Außerdem ist die Membran mit einer Drosselöffnung versehen. Wenn das Hilfsventil geschlossen ist, wirkt der Eingangsdruck durch die Drosselöffnung auf die gesamte Überseite der Membran, so daß das Hauptverschlußstück fest auf dem Sitz gehalten wird. Wenn dagegen das Hilfsventil geöffnet wird, herrscht oberhalb der Membran der Abflußdruck. Nunmehr überwiegt die Kraft des außerhalb des Ventilsitzes herrschenden Zuflußdruckes. Die Membran wird angehoben und das Hauptventil öffnet. Bei dieser Druckbelastung legt sich die Membran mit ihrem Rand an eine schräge Formfläche des Gehäuses und mit ihrer am Mittelteil befestigten Stützplatte nach einem vorgegebenen Weg ebenfalls am Gehäuse an.A valve of this type is known (DT-Gbm 1 718 812). in which the closure piece and the support plate are penetrated by a nozzle whose opening facing away from the valve seat together with an am Armature of an electromagnet attached closure piece form an auxiliary valve. Besides, the Provide the membrane with a throttle opening. When the auxiliary valve is closed, the inlet pressure acts through the throttle opening on the entire upper side of the membrane, so that the main closure piece is firmly on the seat is held. If, on the other hand, the auxiliary valve is opened, the discharge pressure prevails above the membrane. Now the force of the outside predominates of the valve seat prevailing inflow pressure. The diaphragm is raised and the main valve opens. With this pressure load, the edge of the membrane rests against an inclined shaped surface of the housing and with its support plate attached to the middle part also on the housing according to a predetermined path.
M .-bei tritt aber folgindes Problem auf: In der Verschlußstellung ist der zwischen dem Umfang der Stütz-, latte und der Randhalterung liegende Teil der Membran nicht abgestützt. Sobald er der Druckbelastung ausgesetzt ist, wölbt er sich durch, bis er zum Teil an der Formfläche anliegt. Dies ist besonders bei Membranen der Fall, deren Rand aus Gründen der leichteren Beweglichkeit nicht fest eingespannt ist und sich daher in Radialrichtung bewegen kann. Die mit einem häufigen Durchwölben verbundene Verformung führt zu * einer entsprechenden Herabsetzung der Lebensdauer der Membran. Dieser Punkt ist vor allem dann von Bedeutung, wenn die Membran einem aggressiven Medium, z. B. Kältemittel ausgesetzt ist und aus diesem S Grund das Material der Membran nicht beliebig, z. B. im Hinblick auf seine Verformtingseigenschaften, gewählt werden kann. Es ist auch nicht möglich, des Durchmesser der Stützplatte zu vergrößern, um dadurch den freien Membranenbereich, der sich durchwölben könnte, zu verkleinern. Denn dann ßeße sich nicht mehr der vorgegebene Hub erreichen, ohne das Membranenmaterial zu stark zu verformen.But the following problem arises: In the closed position is the part of the membrane lying between the circumference of the support, lath and the edge bracket unsupported. As soon as it is exposed to the pressure load, it arches until it is partially up rests against the mold surface. This is particularly the case with membranes, the edge of which is lighter Mobility is not firmly clamped and can therefore move in the radial direction. The ones with a frequent Deformation associated with arching leads to * a corresponding reduction in service life the membrane. This point is particularly important if the membrane is exposed to an aggressive medium, e.g. B. is exposed to refrigerant and from this S Reason the material of the membrane is not arbitrary, e. B. with regard to its deforming properties can be. It is also not possible to increase the diameter of the support plate in order to thereby to reduce the free membrane area that could bulge. Because then eat yourself can no longer achieve the specified stroke without deforming the membrane material too much.
Es ist auch schon bekannt (CH-PS 401 615). die Membran durch eine Federscheibe auszusteifen, die in der Mitte zwischen Stützplatte und Membran eingespannt ist und sich mit dem Rand an der Formfläche abstützt Diese recht günstige Lösung läßt sich aber dann nicht anwenden, wenn die Verformungseigenschaften des Membianmaterials möglichst wenig, zumindest aber nicht über die gesamte Fläche, durch eine federnde Aussteifung verändert werden sollen.It is already known (CH-PS 401 615). to stiffen the membrane by a spring washer, which is clamped in the middle between the support plate and the membrane and is supported with the edge on the mold surface entire area to be changed by a resilient reinforcement.
Des weiteren ist ein handbetätigtes Ventil bekannt (US PS 2 388 988), bei dem die Membran sowohl in der geöffneten als auch in der geschlossenen Stellung des Ventils an einer zentrischen Stützplatte und einem diese umgebenden, relativ zu ihr beweglichen Stützring anliegt. Die Unterseite des Stützringes ist ebenso wie die im Randbereich der Membran liegende gehäusefeste Formfläche gerundet; zwischen der Stützplatte.Furthermore, a hand-operated valve is known (US PS 2,388,988), in which the membrane is both in the open as well as in the closed position of the valve on a central support plate and one of these surrounding, relative to her movable support ring rests. The bottom of the support ring is just like the shaped surface fixed to the housing in the edge area of the membrane is rounded; between the support plate.
dem Stützring und dem Gehäuse ergeben sich daher Lücken, in die das Material der Membran eindringen kann. Die Stützplatte greift mit einem radialen Innenflansch in eine umlaufende Nut der Stützplatte ein. Die Nut hat eine größere Breite als der innenflansch. Wennthe support ring and the housing therefore result in gaps into which the material of the membrane can penetrate can. The support plate engages with a radial inner flange in a circumferential groove of the support plate. the Groove has a larger width than the inner flange. if
die Stützplatte mittels eines Handrades in Öffnungsrichtung verstellt wird, nimmt die eine Seitenwand der Nut den Stützring bis zu einer gehäusefesten Anschlagfläche mit, während die andere Seitenwand der Nut zur Mitnahme des Stützringes in entgegengesetzter Richtung dient.the support plate is adjusted by means of a handwheel in the opening direction, one side wall takes the Groove the support ring up to a housing-fixed stop surface with, while the other side wall of the groove to Driving the support ring in the opposite direction is used.
Sodann liegt ein älterer Vorschlag vor (DT-OS 2 239 973), wonach bei einem druckmittelbetätigten Membranventil ein Verfalten oder Verzwängen der Membran im Spalt zwischen dem Gehäuse und einer Stützplatte durch einen frei auf der Stützplatte beweglichen zylindrischen Bundring mit abgerundeten Seitenflächen verhindert werden soll. Hierbei ergibt sich keine Abstützung am Gehäuse, weil uieses keine Formfläche aufweist, und auch keine Abstützung am Bundring, weil dieser frei ausweichen kann.Then there is an older proposal (DT-OS 2 239 973), according to which a pressure medium-operated Diaphragm valve a folding or cramping of the diaphragm in the gap between the housing and a Support plate by a cylindrical collar ring with rounded side surfaces that can move freely on the support plate should be prevented. There is no support on the housing because there is no shaped surface has, and no support on the collar, because it can move freely.
Es gibt auch schon ein Regelventil mit einer druckmittelbetätigten Membran (DT-OS 1 808 649). die über eine Anzahl von konzentrischen Stützringen auf ein Kraftübertragungsglied in der Form einer Anlageplatte wirkt. In der Membranmitte befindet sich eine Stützplatte, die mittels eines Stellgliedes verlagert werden kann. Die Stützplatte und die Stützringe haben jeweils einen Außenflansch, mit welchem sie unter einen Innenflansch des außen benachbarten Teils greifen. |e weiter die Stützplatte von der Anlageplatte entfernt wird, um so mehr Stützringe werden von der Anlage platte abgehoben. Auf diese Weise wird der wirksame Membranenbereich auf die Fläche derjenigen Stützringe beschränkt die mit der Anlageplatte noch in Eingriff stehen.There is also a control valve with a pressure medium operated one Membrane (DT-OS 1 808 649). which have a number of concentric support rings on one Force transmission member acts in the form of a contact plate. In the middle of the membrane there is a support plate, which can be moved by means of an actuator. The support plate and the support rings each have an outer flange with which they grip under an inner flange of the externally adjacent part. | e The more the support plate is removed from the contact plate, the more support rings are from the system plate lifted. In this way, the effective membrane area is limited to the area of those support rings which are still in engagement with the contact plate stand.
Der Erfindung liegt die aufgäbe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen Art, also unter Beibehaltung der gehäusefeste-i Formfläche am Rand und einerThe invention is based on the objects, a valve of the type described above, that is, while maintaining the housing-fixed-i shaped surface on the edge and one
in der Mitte angebrachten Stützpktte, anzugeben, bei 4er eine zu starke Verformung der Membran während des Hubes und in der Endstellung verhindert wird.in the middle to indicate the support points 4er an excessive deformation of the membrane during the stroke and in the end position is prevented.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Formfläche und Stützplatte mindestens ein relativ zu seinen Nachbarteilen beweglicher, eine in der Endlage die gehäusefeste Fora: Sache ergänzende Schrägfläche aufweisender Stützring angeordnet isu der sich nach einem kürzeren Weg als die Stützplatte am Gehäuse abstützt und längs seines Weges mit der Stützplatte zu deren Mitnahme gekuppelt ist This object is inventively achieved in that between the mold surface and the support plate, at least one of relatively movable with neighboring parts, one fixed to the housing Fora in the end position: thing complementary inclined surface having Direction support ring disposed isu which is supported by a shorter distance than the support plate on the housing and along its Path is coupled to the support plate to take it along
Bei dieser Konstruktion sorgt der zwischengeschaltete S'Mtzring dafür, daß eine unzulässige Durchwölbung des Membranenbereichs außerhalb der Stützplatte vermieden wird. Dies geschieht einmal dadurch, dall der Stützring dusch Anlage am Gehäuse eine definierte Endlage hat, die entsprechend der gewünschten Membranenform gewählt werden kann. Zum anderen ist während der Bewegung des Stützringes dafür gesorgt, daß er durch die Kupplung mit dem Stützring nicht zu schnell ausweichen kann, also immer eine bestimmte der Verformung der Membran noch zuträgliche Lagebeziehung zur Stützplatte vorhanden ist Da sich der Slützring im Gleichlauf mit der Stützplatte bewegt, erhält man bei Verwendung eines Stützringes eine zweiphasige, jegliche Wölbung verhindernde Verformung der Membran. In der ersten Phase verformt sich der Bereich außerhalb des Stützringes, in der zweiten Phase der Bereich unterhalb des Stützringes. Die die gehäusefeste Formfläche ergänzende Schrägfläche des Stützringes stellt eine kontinuierliche Anlagefläche für die Membran in der Offenstellung sicher, so daß Zwischenräume zwischen den Abstützteilen und eine entsprechende Biegebeanspruchung entfallen. Daß die Membran in der Schließstellung des Ventils nicht flächig am Stützring anliegt, ist unerheblich, da bei einem druckmittelbetätigten Ventil die Membran in dieser Endlage entlastet ist.In this construction, the interposed S'Mtzring ensures that an impermissible bulging of the membrane area outside the support plate is avoided. This happens once by dall the support ring shower system on the housing has a defined end position that corresponds to the desired membrane shape can be chosen. On the other hand, it is ensured during the movement of the support ring, that he cannot evade too quickly due to the coupling with the support ring, so always a certain one the deformation of the membrane is still beneficial positional relationship to the support plate Slützring moved in synchronism with the support plate, when using a support ring a two-phase, deformation of the membrane preventing any bulging. In the first phase the deforms Area outside the support ring, in the second phase the area below the support ring. The fixed to the housing Form surface complementary sloping surface of the Support ring ensures a continuous contact surface for the membrane in the open position, so that there are spaces between the support parts and a corresponding bending stress are omitted. That the The membrane does not lie flat against the support ring in the closed position of the valve is irrelevant, since one pressure medium-actuated valve, the diaphragm is relieved in this end position.
Im einfachsten Fall besteht die Mitnahmekupplung aus einem Anschlag an der Stützplatte und einem in Öffnungsrichtung wirkenden Mitnehmer am Stützring. Die auf den Stützring wirkenden Kräfte werden hierdurch auf die Stützplatte abgeleitet, so daß sich das Verschlußstück insgesamt rascher vom Sitz abzuheben vermag.In the simplest case, the driving coupling consists of a stop on the support plate and an in Opening direction acting driver on the support ring. The forces acting on the support ring are thereby Derived on the support plate, so that the locking piece can be lifted off the seat more quickly able.
Die geringste Belastung der Membran ergibt sich, wenn die die gehäusefeste Formfläche ergänzende Schrägfläche des Stützringes Teil einer Kugelfläche ist.The lowest stress on the membrane results when the form surface that is fixed to the housing is complementary Inclined surface of the support ring is part of a spherical surface.
Die Erfirdung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt.The invention is illustrated below with reference to preferred exemplary embodiments in the drawing explained in more detail. It shows.
F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil mit einem Stützring und.F i g. 1 shows a partial cross section through a valve according to the invention with a support ring and.
F i g. 2 in schematischer Darstellung die Anordnung eines zweiten Stützringes.F i g. 2 shows the arrangement of a second support ring in a schematic representation.
In F i g. 1 ist ein Ventilgehäuse veranschaulicht, das aus einem Unterteil I und einem Oberteil 2 besteht, die unter Zwischenfügung einer Dichtung 3 aufeinandergelegt sind. Am Unterteil 1 ist auch ein Hauptventilsitz 4 angebracht. Außerhalb des Sitzes 4 ist der Zuflußraum 5. Innerhalb des Sitzes ist der Abflußraum 6.In Fig. 1 illustrates a valve housing which consists of a lower part I and an upper part 2, which are placed on top of one another with the interposition of a seal 3 are. A main valve seat 4 is also attached to the lower part 1. Outside the seat 4 is the inflow space 5. Inside the seat is the drain space 6.
Der Zuflußraum 5 ist durch eine Membran 7 begrenzt. Diese ist mit ihrem Rand 8 frei schwebend zwischen einer Kante 9 des Oberteils 2 und einem Klemmelement 10 gehalten. In der Mitte trägt die Membran ein mit dem Sitz 4 zusammenwirkendes Verschlußstück 11. Der Mittelteil der Membran ist durch eine Stützplatte 12 abgedeckt. Ein Klemmkörper 13 spannt das Verschlußstack U, die Membran 7 und die Stüizplatte 12 zwischen euer Etnspannfläche 14 und einein nach außen verformten Bdrdehund 15 fest Der Klemmkörper 13 weist eine zentrische Düsenbohrnng IS auf, de ren oberes Ende 17 als Sitz eines Hilfsventfls mit einem Verschlußstück 18 zusammenwirkt, das von dem Anker IQ eines Magnetventils getragen wird. Die beiden letzt genannten Teile sind nur gestrichelt angedeutet The inflow space 5 is delimited by a membrane 7. This is held with its edge 8 floating freely between an edge 9 of the upper part 2 and a clamping element 10. In the middle, the membrane carries a closure piece 11 which interacts with the seat 4. The middle part of the membrane is covered by a support plate 12. A clamp body 13 biases the closure stack U, the diaphragm 7 and the Stüizplatte 12 between your Etnspannfläche 14 and Einein outwardly deformed Bdrdehund 15 determines the clamp body 13 has a central Düsenbohrnng IS on, de ren upper end 17 as the seat of a Hilfsventfls with a stopper 18 cooperates, which is carried by the armature IQ of a solenoid valve. The last two parts mentioned are only indicated by dashed lines
Der Oberteil 2 weist am Rand eine Formfläche 20 zur Anlage des Membranrandes und weiter innen eine Anlagefläche 21 zum Abstützen der Stützplatte 12 und eines Stützringes 22 auf. Dieser Stützring 22 befindet sich zwischen der Stützplatte 12 und der Formfläche 20. Er ha» seinerseits eine Schrägfläche 23 für die Anlage der Membran, die in der rechts gezeichneten Endlage eine Fortsetzung der Formfläche 20 zur Bildung eines Kugelflächenabschnitts Jildet Die Stützplatte 12 hat einen Anschlag 24. mit dem ein Mitnehmer 23 des Stützringes 22 zusammenwirkt. Stützplatte und Stützring befinden sich in einem Druckraum 26, der über eine Drosselöffnung 27 in der Membran 7 mit dem Zuflußraum 5 in Verbindung steht.The upper part 2 has a shaped surface 20 on the edge for contacting the membrane edge and further inside a contact surface 21 for supporting the support plate 12 and a support ring 22. This support ring 22 is located between the support plate 12 and the mold surface 20. It in turn has an inclined surface 23 for the abutment of the membrane, which in the end position shown on the right forms a continuation of the mold surface 20 to form a spherical surface section with which a driver 23 of the support ring 22 cooperates. The support plate and the support ring are located in a pressure chamber 26 which is connected to the inflow chamber 5 via a throttle opening 27 in the membrane 7.
Bei geschlossenem Hilfsventil, wenn also das Verschlußstück 18 des Magnetankers 19 den Ventilsitz 17 verschließt (links in F i g. 1), herrscht im Druckraum 26 wegen der Verbindung über die Drosselöffnung 27 der gleiche Druck wie im Zuflußraum 5. Daher ist die Membran außerhalb des Ventilsitzes 4 durckausgeglichen, während der innerhalb des Ventilsitzquerschnitts liegende Teil durch die Stützplatte 12, das Verschlußstück 11 und den Körper 13 genügend ausgesteift ist. Wird nun durch Abheben des Verschlußstückes 18 das Hilfsventil geöffnet, so baut sich der Druck aus dem Druckraum 26 über den Düsenkanal 16 verhältnismäßig schnell ab, da der Widerstand dieses Düsenkanals wesentlich kleiner ist als derjenige der Drosselöffnung 27. Infolgedessen sinkt der Druck im Druckraum 26 bis auf einen Wert, der etwas unter dem Zugangsdruck liegt. Infolgedessen ist der Mittelteil der Membran 7 nach unten belastet, während der außerhalb des Sitzes 4 liegende Teil der Membran stark nach oben gedruckt wird. Hierbei wird der zwischen dem äußeren Umfang der Platte 12 und der Kante 9 liegende Teil der Membran 7 zusätzlich durch den Stützring 22 abgestützt. Da dieser über den Mitnehmer 25 und den Anschlag 24 am Stützring 12 abgestützt ist, bleibt die Zuordnung des Stütznnges 22 und der Stützplatte 12 zunächst erhalten. Die auf den Stützring 22 wirkende Kraft dient dazu, die Stützplatte und damit das Verschlußstück 11 vom Sitz 4 abzuheben. Das hat zur Folge, daß sich zunächst nur der unterhalb der Formfläche 20 liegende Teil der Membran verformt. Wenn der Stützring 22 an der Anlagefläche 21 anschlägt, bewegt sich die Stützplatte 12 weiter nach oben. Nunmehr verformt sich der unterhalb des Stützringes 22 liegende Teil der Membran. Wenn die Stützplatte 12 ihre Endlage (rechts in F i g. 1) erreicht hat, ergibt sich eine nahezu durchgehende kugelabschnittförmige Stützfläche für die Membran.Closed auxiliary valve, ie, when the closure member 18 of the armature 19 to the valve seat 17 closes (left g in F i. 1), prevails in the pressure chamber 26 due to the connection via the orifice 27 the same pressure as in the inflow space 5. Therefore, the membrane outside of the valve seat 4 pressure-compensated, while the part lying within the valve seat cross-section is sufficiently stiffened by the support plate 12, the closure piece 11 and the body 13. If the auxiliary valve is now opened by lifting the closure piece 18, the pressure from the pressure chamber 26 via the nozzle channel 16 is reduced relatively quickly, since the resistance of this nozzle channel is much smaller than that of the throttle opening 27. As a result, the pressure in the pressure chamber 26 to decreases to a value slightly below the access pressure. As a result, the central part of the membrane 7 is loaded downwards, while the part of the membrane lying outside the seat 4 is strongly pushed upwards. Here, the part of the membrane 7 lying between the outer circumference of the plate 12 and the edge 9 is additionally supported by the support ring 22. Since this is supported on the support ring 12 via the driver 25 and the stop 24, the assignment of the support 22 and the support plate 12 is initially retained. The force acting on the support ring 22 serves to lift the support plate and thus the locking piece 11 from the seat 4. This has the consequence that initially only the part of the membrane lying below the mold surface 20 is deformed. When the support ring 22 strikes the contact surface 21, the support plate 12 moves further upwards. The part of the membrane lying below the support ring 22 is now deformed. When the support plate 12 has reached its end position (on the right in FIG. 1), an almost continuous, spherical segment-shaped support surface for the membrane results.
Es kann auch mehr als ein Stützring vorgesehen sein. In F i g. 2 ist eine Membran 7 mit Stützplatte 12 schematisch über einem Ventilsitz 4 veranschaulicht. Zwischen der Formfläche 20 und der Stützplatte 12 sind zwei Stützringe 28 und 29 vorgesehen. Ihnen ist ebenso wie der Stützplatte 12 eine gemeinsame Anlagefläche 30 zugeordnet. Der Stützring 28 hat einen Mitnehmer 31, der mit einem Anschlag 32 am Stützring 29 zusammenwirkt. Dieser hat den bereits erwähnten Mitnehmer 25, der mit einem Anschlag 24 an der StützplatteMore than one support ring can also be provided. In Fig. 2 is a diaphragm 7 with a support plate 12 schematically illustrated above a valve seat 4. Between the mold surface 20 and the support plate 12 are two support rings 28 and 29 are provided. Like the support plate 12, they have a common contact surface 30 assigned. The support ring 28 has a driver 31 which cooperates with a stop 32 on the support ring 29. This has the already mentioned driver 25, which has a stop 24 on the support plate
zusammenwirkt.cooperates.
Wenn die Membran aus dem Zuflußraum 5 von unten her belastet wird, verschieben sich die drei Stützteile 28, 29 und 12 zunächst gemeinsam, bis der Stützring 28 an der Anlagefläche 30 anschlägt. Dann verschiebt sich der Slützring 29 zusammen mit der Stützplatte 12, bis er an der Anlagefläche 30 anschlägt. Schließlich verschiebt sich nur noch die Stützplatte 12. Entsprechend gering können die Verformungen der Membran 7 gehalten werden.When the membrane is loaded from below from the inflow space 5, the three support parts move 28, 29 and 12 initially together until the support ring 28 strikes the contact surface 30. Then moves The Slützring 29 moves together with the support plate 12 until it strikes the contact surface 30. Eventually moves only the support plate 12 remains. The deformations of the membrane 7 can be kept correspondingly low will.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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