DE2416359B2

DE2416359B2 - Ventil für aggressive Medien

Info

Publication number: DE2416359B2
Application number: DE2416359A
Authority: DE
Inventors: Fritz 7119 Criesbach Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1974-04-04
Publication date: 1978-08-10
Also published as: GB1486123A; DE2416359C3; CH585365A5; IT1034680B; US4027849A; FR2266834B1; DE2416359A1; FR2266834A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für aggressive Medien mit manueller oder Fremdbetätigung, dessen Antriebsraum mit dem Antriebssystem vom Ventilraum mit dem Ventilsitz und dem beweglichen Verschlußstück durch einen Membranbalg dicht abgetrennt ist, durch den hindurch sich ein Antriebsarm eines Winkelhebels erstreckt, dessen Schwenkachse in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene liegt und an dessen äußerem Arm ein Antrieb angreift, während an dessen Antriebsarm, der etwa parallel zur Ventilsitzebene verläuft, das Verschlußstück angelenkt ist.

Ein derartiges Ventil für Fremdbetätigung ist durch die CH-PS 319701 bekanntgeworden, das allerdings

ι" für aggressive Medien offensichtlich ungeeignet ist. Bei diesem bekannten Ventil ist der Ventilteller an dem Antriebsarm um einen Stift schwenkbar angelenkt; außerdem ist der Ventilteller mittels eines Zapfens in einem eingesetzten Ventilsitz pendelnd geführt. Der Ventilteller führt eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse des Winkelhebels aus. Der Antrielbsarm des Winkelhebels ist durch eine gummielastische Membran hindurchgeführt, die beim öffnungs- und Schließvorgang verformt wird. Auf Grund der erzwungenen Schwenkbewegung des Ventiltellers, dessen Achse sich stets in die Richtung der Verbindungsgeraden zwischen der Anlenkung an dem Anixiebsarm und der Pendelführung im Ventilsitz einstellt, kann nur einwandfrei dichten, wenn einerseits die Achse des Antriebshebels parallel zur Ventilsitzebene und außerdem in einem solchen Abstand zur Ventilsitzebene angeordnet ist, der gleich dem Abstand des Schwenklagers am freien Ende des Antriebsarmes von der Ventilsitzebene ist. Dieses bekannte Ventil eignet sich daher praktisch nur für gasförmige Medien, die unter geringem Druck stehen. Eine Führung des Ventiltellers gegen Kippen oder Flattern, was bei höheren Betriebsdrücken auftreten müßte, ist nicht vorgesehen. Beispielsweise führen bereits Temperaturveränderungen zu wenn auch nur geringfügigen Verkantungen des Ventiltellers auf dem Ventilsitz, die nur durch den elastischen Belag des Ventiltellers ausgeglichen werden können. Muß der Belag aber eine hohe Elastizität aufweisen, dann eignet er sich nur noch für relativ niedere Betriebsdrücke. Es ist ferner ein Ventil bekannt (US-PS 2 852 947), das ein kugelkalottenförmiges Verschlußstück aufweist, das in zwei Endlagen umschaltbar ist, in denen es jeweils an einem von zwei Ventilsitzen zur Anlage kommt. Das Verschlußstück besteht aus einem elastischen Kunststoff und ist am Ende eines Antriebsarmes eines Hebels mittels eines Kugelgelenkes gelagert. Der Hebel ist einschließlich der Kugel an seinem freien Ende von einem schlauchartigen, an seinem

so Ende geschlossenen Ansatz eines Membranbalges überzogen, der seinerseits an dem Ventilgehäuse festgespannt ist. Im Abstand außerhalb von dem Membranbalg befindet sich die Schwenkachse des Antriebshebels. Bei diesem bekannten Ventil müssen die Achsen der Ventilsitze exakt tangential zur Schwenkachse des Antriebshebels ausgerichtet sein, damit eine dichte Anlage des Verschlußstückes erzielt wird, das zwar um die Kugel am Ende des Antriebsarmes allseitig schwenken kann, das jedoch hinsichtlich seines radialen Abstandes von der Schwenkachse des Antriebshebels fixiert ist und das hinsichtlich der Ventilsitze keine sonstige Führung aufweist. Es müssen daher sowohl das Verschlußstück als auch die Ventilsitze jeweils kugelkalottenringförmige Oberflächen aufweisen. Dadurch ist jedoch die Anordnung sehr empfindlich gegen Änderung des Schwenkradius des Verschlußstückes. Auch baut die Anordnung wegen der Verwendung eines geraden Hebels, bei dem

lediglich das Ende etwas abgebogen ist, relativ groß. Darüber hinaus ist die Bearbeitung der Ventilsitze sehr arbeitsaufwendig, da ein Bezugspunkt, der beiden Gehäusehälften gemeinsam ist, fehlt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es sich auch für aggressive Medien nicht nur geringer Drücke eignet und bei dem außerdem das Problem der exakten Zuordnung zwischen Veschlußstück, AntriebshebeJlagerung und "> Ventilsitz so gelöst ist, daß ohne besonderen herstellungstechnischen Aufwand ein betriebssicheres, dichtes Anliegen des Verschlußstückes an dem Ventilsitz gewährleistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch, daß a) das Verschlußstück an dem Antriebsarm des Winkelhebels in dessen Längsrichtung verschiebbar, im übrigen kugelgelenkartig und allseitig elastisch nachgiebig befestigt ist, b) das Verschlußstück in dem Ventilgehäuse senkrecht zur Ventilsitzebene verschiebbar geführt ist und c) der Membranbalg einen zentralen, schlauchartigen, am Ende geschlossenen und den Antriebsarm des Winkelhebels übergreifenden und umschließenden Ansatz aufweist.

Durch die Erfindung wird erstmalig bei einem Ventil der eingangs genannten Bauart sowohl eine exakte Zuordnung von Verschlußstück zu Ventilsitz erzielt, obwohl das Verschlußstück an dem Antriebsarm relativ lose und allseitig bewegbar angebracht ist. Dadurch wird eine zuverlässig dichte Anlage des Verschlußstückes an dem Ventilsitz auch bei höheren Betriebsdrücken gewährleistet, wie die Praxis bewiesen hat. Durch die Anordnung der Schwenkachse des Winkelhebels in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene läßt sich ein geringer Verformungsgrad des Membranbalges erreichen, der die Verwendung gegen aggressive Medien beständiger Werkstoffe erleichtert. Auf Grund der (an sich bekannten) Anordnung eines den Antriebsarm des Winkelhebels dicht umschließenden Ansatzes läßt sich eine Korrosionsbeständigkeit auch des Antriebsteiles verwirklichen. Trotzdem ist eine sichere Kraftübertragung zwischen Antriebsarm und Verschlußstück gewährleistet und es ist außerdem die Positionsgenauigkeit des Verschluß-Stückes relativ zum Ventilsitz nicht beeinträchtigt.

Ein weiterer, nicht vorhersehbarer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Möglichkeit besteht, eine Dämpfung auf Grund der Art der Befestigung des Verschlußstückes an dem Ende des Antriebsarmes zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist demgemäß vorgesehen, daß das Ende des Antriebsarmes des Winkelhebels im Ventilkörper abgedichtet ibt und dieser sich bei Schaltbewegungen ändernde Raum als Dämpfungskammer dient. Eine Dämpfung wird dann erzielt, wenn ein Energieverzehr bzw. eine Energieumwandlung in Wärme erfolgt, beispielsweise dadurch, daß Flüssigkeit oder Gas durch einen engen Spalt hindurchgetrieben werden. Im vorliegenden Fall ändert sich das Volumen des durch die Anbringung am Ende des Antriebsarmes nach außen abgeschlossenen Raumes im Verschlußstück. Es muß dann Gas oder Flüssigkeit durch Spalte hindurch aus diesem Raum heraus-oder in ihn einströmen, wodurch die Dämpfungswirkung erzielt wird.

Der die Durchführung des Winkelhebels abdichtende Membranbalg muß die durch den Innendruck im Ventilgehäuse auftretende Belastung aushalten. Bei einer bevorzugten Ausfünrungsform der Erfindung stützt der zentrale Teil des Membranbaiges sich an einem zusätzlichen, kugelkalottenförmigen Stützteil unmittelbar oder mittelbar über ein komprimierbares Teil ab, wobei der Mittelpunkt des kugelkalottenförmigen Teiles etwa auf der Drehachse des Winkelhebels liegt. Die mittelbare oder unmittelbare Abstützung erhöht die Belastbarkeit des Membranbalges oder, anders ausgedrückt, es sind höhere Drücke innerhalb des Ventilgehäuses zulässig, ohne dem Membranbalg zu schaden. Die Wahl der Lage des Mittelpunktes des kugelkalottenförmigen Teiles auf der Drehachse des Winkelhebels sorgt dafür, daß sich das komprimierbare Teil nicht bei der Schwenkbewegung verformen muß. Dadurch wird einerseits das komprimierbare Teil geschont und es wird andererseits die Betätigung des Ventiles nicht erschwert, weil die Verformung des Stützteiles zusätzliche Antriebsenergie erfordern würde.

Wird das Ventil in servomittelgesteuerter Ausführung ausgebildet, dann ist das Hilfsventil vorgesehen, das in dem längsdurchbohrten Verschlußstück untergebracht ist, wobei die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist, der seinerseits mit dem Antriebsarm in der zuvor geschilderten Weise verbunden ist. Dabei ist der Ventilraum durch eine Membran unterteilt. Besteht die Membran aus einem relativ steifen Kunststoff, wie beispielsweise Tetrafluoräthylen, so wird die Lebensdauer derartiger Membranen häufig dadurch begrenzt, daß der Membranrand einer besonders starken Biegewechselbeanspruchung in der Nähe des Einspannbereiches ausgesetzt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die den Ventilraum unterteilende Membran aus einem sich nicht mit dem Kunststoff des Ventilgehäuses und des Verschlußstückes verbindenden Kunststoff und es ist die Membran zur Bildung ihrer Randwulste in entsprechende Rundungen von Gehäuse und Ventilkörper eingespritzt zur Bildung abdichtender und drehbarer Randwulste. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur auf eine zusätzliche Montage verzichtet werden kann, weil die Montage durch den Herstellungsvorgang erfolgt; es hat auch ferner noch den Vorteil, daß der Randwulst in der Nut von Gehäuse und Verschlußstück drehbar ist, wodurch die in der Nähe des Randwulstes befindlichen Bereiche der Membran bei den Arbeitsbewegungen weniger beansprucht werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil mit Servomittelvorsteuerung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Lagerung des Winkelhebels,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein fremdmittelgesteuertes Durchgangsventil,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch ein Betätigungsgehäuse in Draufsicht und

Fig. 6 eine Seitenansicht.

In einem aus Kunststoff bestehenden Ventilgehäuse aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 ist ein Verschlußstück 3 an einem Ventilkörper 4 vorgesehen, der in dem Oberteil 1 axial geführt ist. Seitlich am Ventilgehäuse 1, 2 ist ein Winkelhebel 5 um eine Schwenkachse 6 drehbar gelagert, wobei die Achse sich außerhalb einer vom Oberteil 1 umschlossenen

Innenkammer 7 befindet; ein Antriebsarm 8 des Winkelhebels 5 greift in eine Ausnehmung 9 des Ventilkörpers 4 ein. Er trägt auf seinem Außenumfang einen elastischen Ring, der unmittelbar oder mittelbar auf einen auf den Antriebsarm 8 gestülpten Membranbalg 10 aufgesetzt ist. Der Membranbalg 10 ist an seinem freien Ende in einer Gehäuseaussparung 11 befestigt und ist mit einer zusätzlichen Abstützung in Gestalt eines komprimierbaren Teiles 12 versehen, das mit dem Winkelhebel 5 abschließt. Auf diese Weise ist die Innenkammer 7 von außen abgetrennt und es kann das andere Hebelende des Winkelhebels 5 mit dem jeweils vorgesehenen Antrieb verbunden werden. Die Bewegung des Antriebsarmes 8, die eine Schwenkbewegung um die Achse 6 ist, wird durch die Führung des Ventilkörpers 4 und dessen nachgiebige Verbindung mit dem Antriebsarm 8 in eine axiale Bewegung umgesetzt, wodurch gleichmäßige Hübe und Öffnungswege am Verschlußstück sichergestellt werden. Es körmen hierdurch auch entsprechende Übersetzungsverhältnisse verwirklicht werden.

Durch die Verwendung eines Winkelhebels 5 ist es möglich, den Antrieb auf das Oberteil 1 des Ventilgehäuses aufzusetzen. Durch diese Möglichkeit, einen Antriebsraum T vorzusehen, können unterschiedliche Antriebe, die je nach Einsatzbedingungen gewünscht werden, in diesem Antriebsraum T untergebracht und leicht auswechselbar angeordnet werden. Das andere Hebelende 13 des Winkelhebels 5 ragt nicht in diesen Antriebsraum 7', wodurch verschiedene Einstellmöglichkeiten für den Winkelhebel erhalten bleiben. Das Hebelende 13 ist mit einem Anzeigeteil in Form einer Fahne 14 versehen und es ist das Abdeckgehäuse 15 mit einem entsprechenden Sichtfenster 16 ausgerüstet. Dadurch läßt sich die jeweilige Schaltstellung des Ventils visuell überwachen und es kann gegebenenfalls eingegriffen werden. Schließlich können hier auch entsprechende End- oder sonstige Schalter angeordnet und betätigt werden. Durch eine abnehmbare Kappe 17 ist es möglich, einen Einstellstift 19 sowie eine Rückstellfeder 18 auf dem Hebelende 13 mit einer entsprechenden Sicherungsmutter axial verschiebbar gegenüber dem Antrieb einzustellen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Stift 20, der von einem T-förmigen Anker 21 eines Wechselstrommagneten 22 betätigt wird. Ebenso können auch Gleichstrommagnete oder andere Antriebe vorgesehen sein. Durch die Einstellbarkeit wird erreicht, daß jeweils der Hub am Verschlußstück 3 zur Wirkung kommt, der vorher eingestelltwurde. Ein Raum 24 zwischen einer Abdichtung 23 und dem Ventilkörper 4 am Antriebsarm 8 des Winkelhebels 5 kann als Dämpfungskammer verwendet werden, da diese Raum sich entsprechend den Bewegungsabläufen ins einem Volumen ändert. Es ist auch möglich, hier entsprechende Rückschlagventile vorzusehen, wodurch die Dämpfung wahlweise in öffnungs- oder in Schließrichtung wirken kann.

Das Prinzip der Verbindung zwischen Antriebsarm des Winkelhebels und dem Verschlußstück sowie der Führung des Verschlußstückes senkrecht zur Ventilsitzebene läßt sich auch bei Ventilen mit Servomittelvorsteuerung durch ein Hilfsventil einsetzen. Dabei ist das Hilfsventil in dem längsdurchbohrten Verschlußstück untergebracht, wobei die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist. Das Hilfsventil ist an dem Antriebsarm in der gleichen Weise befestigt wie bei unmittelbar betriebenen Ventilen das Verschlußstück. Dabei ist der Ventilraum durch eine Membran 26 unterteilt, um das Servomittel vom zu steuernden Medium zu trennen. Eine derartige Ausführungsform zeigt Fig. 2. Ein Hilfsventilstößel 25 ist im Ventilkörper 4 längsverschiebbar vorgesehen und über den Antriebsarm 8 des Winkelhebels 5 betätigbar. Die Innenkammer 7 dient dabei als Druckmittelraum 27, der von dem zu steuernden Medium durch

ι ο die Membran 26 abgetrennt ist. Die Membran besteht z. B. aus Tetrafluoräthylen.

Bei üblicher, fester Einspannung des Membranrandes ist diese in ihrem Bewegungsablauf begrenzt, weil der Membranrand fest eingespannt ist. Um eine einfache Produktion und Montage einerseits und eine Bewegbarkeit der Membran im Einspannbereich andererseits zu erzielen, werden der Ventilkörper 4~und entsprechende Teile des Ventilgehäuses 1, 2 als Formteile verwendet und es wird ein Kunststoff eingespritzt, der sich mit den für den Ventilkörper 4 und das Ventilgehäuse 1, 2 verwendeten Kunststoffen nicht verbindet. Dabei wird der Kunststoff unmittelbar in die Hinspannräume in Form von ringförmigen Nuten mit kreisförmigem Querschnitt eingespritzt.

Dabei darf selbstverständlich der Ventilkörper 4 entgegen der Darstellung von Fig. 2 keine Hinterschneidung aufweisen, weil sonst ein Entformen nicht möglich ist. Auch ist in einem solchen Fall die Trennebene zwischen Ober- und Unterteil gegenüber der Einspannstelle versetzt. Durch das Einspritzen des Membranwerkstoffes in die Form entsteht eine Art Drehgelenk der Membran innerhalb der Nut bei dichter Befestigung. Selbst bei Verwendung relativ steifer Werkstoffe läßt sich die Membran auf Grund dieser Einspannmethode einwandfrei bewegen.

In F i g. 3 ist eine Weiterbildung der Abdichtung des Membranbalges 10 auf dem Antriebsarm 8 gezeigt, wobei an dem Antriebsarm 8 in der Nähe der Schwenkachse 6, also zwischen Membranbalg 10 und Winkelhebel 5 ein kugelkalottenförmiger Ansatz 28 vorgesehen ist, gegen den sich ein mehr oder weniger elastisches Zwischenglied 29 abstützt, das wiederum die Abstützung für den im Gehäusebereich abgedichteten und über den Antriebsarm 8 gestülpten Balg 10 übernimmt.

In Fig. 4 ist ein anderer Antrieb dargestellt, bei dem es sich um einen Servomittelantrieb 30 handelt, der durch Einschieben quer zur Ventilachse an Stelle des Magneten in den Druckmittelraum 27 eingesetzt wird und der auf den einstellbaren Stift 19 am Ende 13 des Winkelhebels 5 wirkt. Das Servomittel wird an einer Anschlußbohrung 31 zugeführt. Der Arbeitsbalg wird durch Zuführen eines Servomittels aufgebläht und wirkt axial gegen den Einstellbereich 19, wodurch Winkelhebel und Ventilkörper betätigt werden können. Die Antriebe sind einfach gegeneinander austauschbar, wodurch das Ventil ohne Änderung seines Grundaufbaues für verschiedene Antriebsarten umgerüstet werden kann, was Lagerhaltung und

Überwachung vereinfacht.

Gemäß der Draufsicht nach Fig. 5 ist am Winkelhebel ein umgebogener Ansatz 32 vorgesehen, der mit einer Handverstellvorrichtung 33 zusammenwirkt, die gemäß Fig. 6 in einen Handhebel 34 mit einem Griffteil übergeht. Der Ansatz 32 kann so in den Betätigungsweg des Winkelhebels gebracht werden, daß ei diesen blockiert bzw. daß der Winkelhebel in die öffnungs- oder Schließstellung des Ventils gebracht wer-

den kann; das Ventil weist also hier eine zusätzliche manuelle Eingriffsmöglichkeit auf.

Durch die Anordnung des Winkelhebels seitlich am Ventilgehäuse 1,2 in einem gesonderten, nicht näher dargestellten Lageransatz ist es ferner möglich, eine Kappe 35 unabhängig abzunehmen und die Abdich-

tung des Hebelendes im Bereich der Schwenkachse 6 im Hinblick auf die Kammer 7 von außen zu überwachen, ohne im übrigen das Ventil und seinen Antrieb zusätzlich beeinflussen zu müssen. Die Abdichtung kann beispielsweise durch Verstellen eines Ringteiles 36 ein- und nachgestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil für aggressive Medien mit manueller oder Frefndbetätigung, dessen Antriebsraurii mit dem Antriebssystem vom Ventilraum mit dem Ventilsitz und dem beweglichen Verschlußstück durch einen Membranbalg -dicht abgetrennt ist, durch den hindurch sich ein Antriebsarm eines Winkelhebels erstreckt, dessen Schwenkachse in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene liegt und an dessen äußerem Arm ein Antrieb angreift, während an dessen Antriebsarm, der etwa parallel zur Veniilsitzebene verläuft, das Verschlußstück angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Verschlußstück (3) an dem Aniriebsarm (8) des Winkelhebels (5) in dessen Längsrichtung verschiebbar, im übrigen kugelgelenkartig und allseitig elastisch nachgiebig befestigt ist,

b) das Verschlußstück in dem Ventilgehäuse (1, 2) senkrecht zur Ventilsitzebene verschiebbar geführt ist und

c) der Membranbalg (10) einen zentralen, schlauchartigen, am Ende geschlossenen und den Antriebsarm des Winkelhebels übergreifenden und umschließenden Ansatz aufweist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Antriebsarmes (8) des Winkelhebels (S) im Verschlußstück (3) abgedichtet ist und dieser sich bei Schaltbewegungen ändernde Raum als Dämpfungskammer (24) dient.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Teil des Membranbalges (10) sich an einem zusätzlichen, kugelkalottenförmigen Stützteil (11) unmittelbar oder mittelbar über ein komprimierbares Teil (12) abstützt, wobei der Mittelpunkt des kugelkalottenförmigen Teiles etwa auf der Drehachse (6) des Winkelhebels (5) liegt (Fig. 3).

4. Ventil nach Anspruch 1 mit Servomittelvorsteuerung durch ein Hilfsventil, bei dem das Hilfsventil in dem längsdurchbohrten Verschlußstück untergebracht ist und die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist, wobei der Hilfsventilstößel über den Antriebsarm betätigbar ist und der Ventilraum durch eine Membran unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilraum unterteilende Membran (26) aus einem sich nicht mit dem Kunststoff des Ventilgehäuses (1,2) und des Verschlußstückes (3) verbindenden Kunststoff besteht, und daß die Membran zur Bildung ihrer Randwulste in entsprechende Rundungen von Gehäuse und Ventilkörper eingespritzt ist zur Bildung abdichtender und drehbarer Rand wulste.