DE2840486A1

DE2840486A1 - Zweiweg-membranventil

Info

Publication number: DE2840486A1
Application number: DE19782840486
Authority: DE
Inventors: Volkmar Ing Grad Schmidt; Dietmar Steininger; Roland Thieme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1980-03-27

Description

Zweiweg-Membranventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweiweg-Nembranventil, vorzugsweise zur Verwendung in der analytischen Meßtechnik.
Von Umschaltventilen für meßtechnische Zwecke wird verlangt, daß sie bei hoher Betriebssicherheit und geringem Wartungsaufwand möglichst einfach und raumsparend aufgebaut sind, unter wahlweiser Verwendung von gegen aggressive Meßstoffe beständigen Materialien, sowie ein kleines Totvolumen aufweisen.
Diesen Forderungen entspricht ein Zweiweg-Membranventil, das erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
Da der zu schaltende Flüssigkeitsweg über die verschiedenen Bohrungen im Gehäuseblock innerhalb des von den Schließmembranen begrenzten Raumes verläuft, müssen nur die den Flüssigkeitsweg enthaltenden Teile, nämlich Ge- häuseblock, Membrane und Stößel aus speziell an den Meestoff angepaßtem Material hergestellt werden. Die Werkstoffe für die Flansche und die in ihnen befindlichen Betätigungsmittel für die Schließmembranen können frei gewählt werden.
Der einfache Aufbau schließt auch die Möglichkeit ein, mehrere Gehäuseblöcke und Flansche aneinanderzureihen und damit ein gemeinsam betätigbares Mehrwegeventil zu schaffen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Zweiweg-Membranventil gemäß der Erfindung in einem Längsschnitt und einem Querschnitt in Höhe einer Stirnseite des Gehäuseblocks.
Figur 1: Bin Gehäuseblock 1 aus Metall oder Kunststoff ist mit einer koaxial zu seiner Mittelachse verlaufenden zylindrischen Durchgangsbohrung 2 versehen. Von der Außenfläche 3 des Gehäuseblocks 1 her verläuft eine erste Verbindungsbohrung 4 in Richtung auf die Durchgangsbohrung 2 und mündet senkrecht in diese. Von einer anderen Seitenfläche 3' des Gehäuseblocks 1 her verlaufen eine zweite und dritte Verbindungsbohrung 5 und 6 in dem Gehäuseblock und münden jeweils in einer von dessen einander gegenüberliegenden Stirnflächen 7 und 7' in der Nähe der jeweiligen Austrittsöffnung der Durchgangsbohrung 2.
In dieser ist ein Stößel 8 verschiebbar gelagert, dessen Länge gleich der Länge der Durchgangsbohrung 2 ist.
Auf den Stirnflächen 7 und 7' des Gehäuseblocks 1 sind ebene Schließmembranen 9, 9' aus elastischem Material angebracht, deren wirksame Flächen die Austrittsöffnungen der Durchgangsbohrung 2 und der Verbindungsbohrungen 5 und 6 überdecken und die in ihrem Zentrum in kraftschlüssiger Verbindung mit den Enden des Stößels 8 stehen.
Auf die Stirnflächen 7 und 7' des Gehäuseblocks 1 sind Flansche 10 bzw. 11 aufgesetzt, mit zylindrischen Ausnehmungen 12 und 13, welche koaxial zur Achse der Durchgangsbohrung 2 verlaufen.
In diesen Ausnehmungen 12 und 13 sind verschiebbare zylindrische Kolben 14 und 15 mit kugelkalottenförmigen, zentrischen Erhebungen 16 auf den den Schließmembranen 9, 9' zugewandten Kolbenflächen angeordnet, deren Höhe etwa dem vorgesehenen Ventilhub entspricht.
Wie zu erkennen ist, liegen die Kugelkalotten der Erhebungen 16 von außen her an den Schließmembranen 9 und 9' kraftschlüssig an; e-s besteht also eine mechanische Wirkverbindung zwischen den koaxial angeordneten Kolben 14 und 15 und dem Stößel 8, wobei die im Innern des Gehäuseblocks 1 verlaufenden Flüssigkeitswege durch die dazwischenliegenden Schließmembranen 9 und 9' druckdicht abgeschlossen sind.
Eine auf den Kolben 15 in der Ausnehmung 13 des Flansches 11 wirkende Feder 17 drückt diesen in Richtung auf die Schließmembran 9', deren Mittelteil an der Erhebung 16 anliegt und auf den Rand der als Ventilsitz ausgebildeten Austrittsöffnungen der Durchgangsbohrung 2 in der Stirnfläche 7' gedrückt wird.
Der Stößel 8 befindet sich in seiner oberen Endlage und lenkt mit seinem aus der Stirnfläche 7 ragenden Ende die Schließmembran 9 aus. In dieser, durch die Federkraft der Feder 17 definierten Stellung des Membranventils verläuft der Flüssigkeitsweg von der ersten Verbindungsbohrung 4 über die Durchgangsbohrung 2 zur Stirnfläche 7 und unter der ausgelenkten Schließmembran 9 in die zweite Verbindungsbohrung 5.
Der eg von der ersten Verbindungsbohrung 4 zur dritten Verbindungsbohrung 6 ist infolge der Lage der Schließmembran 9' abgesperrt.
Um ein möglichst geringes Totvolumen der Hohlräume des Membranventils zu erreichen, weist der Stößel 8, wie in Figur 2 zu erkennen ist, einen quadratischen Querschnitt auf, dessen Diagonale annähernd dem Durchmesser der Durchgangsbohrung 2 entspricht. Zur Erleichterung des Eintritts des Flüssigkeitsstromes in die Durchgangsbohrung 2, weist der Stößel 8 auf einem der Mündung der Verbindungsbohrung 4 benachbarten Teil 18 einen verringerten, vorzugsweise zylindrischen Querschnitt auf.
Eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts der zweiten und dritten Verbindungsbohrungen 5 und 6 im Bereich ihrer Einmündungen in die Stirnflächen 7 und 7' wird durch Vertiefungen 19 mit vorzugsweise nierenförmigem Umriß erreicht.
Zur Umschaltung des Ventils auf seinen zweiten Strömungsweg dient in diesem Beispiel ein pneumatischer Antrieb.
Dazu wird der Ausnehmung 13' in einem unter Zwischenlage einer Dichtmembran 21 auf den Flansch 10 aufgesetzten weiteren Flansch 20, der formgleich mit dem Flansch 11 auf der gegenüberliegenden Seite ist, über eine Öffnung 22 Druckluft zugeführt, welche auf den Kolben 14 wirkt und diesen und damit auch die Membran 9, den Stößel 8, die Membran 9' und den Kolben 15 gegen die-Federkraft der Feder 17 axial verschiebt, bis die Membran 9 die Austrittsöffnung der Durchgangsbohrung 2 in der Stirnfläche 7 verschlossen hat und der Flüssigkeitsweg von der beispielsweise als Einlaß anzusehenden Verbindungsbohrung 4 zu der als Auslaß dienenden Verbindungsbohrung 6 hergestellt ist.
Zur Ventilbetätigung können die Kolben 14 und 15 je nach Bedarf und Anwendungszweck in bekannter Weise auch von Hand, hydraulisch oder elektrisch verschoben werden.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das Membranventil nach Figur 1 in der Ebene der Stirnfläche 7 des Gehäuseblocks 1.
Man erkennt die zentrische Austrittsöffnung der Durchgangsbohrung 2 und den darin verschiebbaren Stößel 8 mit quadratischem Querschnitt, ferner die Vertiefung 19 mit nierenförmigem Grundriß in der Stirnfläche 7, in welche die zweite Verbindungsbohrung 5 mündet.
Der Gehäuseblock 1 sowie die Flansche 10, 11, 20 und die Membranen 9, 9' und 21 sind so bemessen und ausgebildet, daß sie in Axialrichtung aneinanderreihbar sind. Es entsteht ein Baukastensystem, das den Aufbau von Mehrwegeventilen mit gemeinsamer Betätigung erlaubt.

Claims

Patentansprche W Zweiweg-Membranventil, g e k e n n z e i c h n e t durch a) einen Gehäuseblock (1) mit einer koaxial oder parallel zu seiner Mittelachse verlaufenden zylindrischen Durchgangsbohrung (2), einer von einer Außenfläche (3) zu der Durchgangsbohrung (2) führenden ersten Verbindungsbohrung (4), einer jeweils von Außenflächen (3') zu jeweils einer Stirnfläche (7, 7') des Gehäuseblocks führenden zweiten und dritten Verbindungsbohrungen (5 und 6), deren Austrittsöffnungen nahe denen der Durchgangsbohrung (2) angeordnet sind, b) einen in der Durchgangsbohrung (2) verschiebbaren Stößel (8) gleicher Länge, c) zwei elastische Schließmembranen (9, 9'), von denen jeweils eine auf jeder Stirnfläche (7, 7') die Austrittsöffnungen der Durchgangsbohrung (2) und der zweiten bzw. dritten Verbindungsbohrung (5, 6) überdeckt, d) auf die Stirnflächen (7, 7') des Gehäuseblocks (1) aufgesetzte Flansche (10, 11) mit hohlzylindrischen, koaxial zur Durchgangsbohrung (2) angeordneten Ausnehmungen (12, 13), e) in den Ausnehmungen (12, 13) verschiebbare zylindrische Kolben (14, 15) mit kugelkalottenförmigen zentrischen Erhebungen (16) auf der den Schließmembranen (9, 9') zugewandten Kolbenflächen, f) Mittel zur steuerbaren Verschiebung der über den Stößel (8) und die dazw.ischenliegenden Scliließmembranen (9, 9') in Wirkverbindung stehenden Kolben (14, 15).
2. Zweiweg-Membranventil nach Anspruch 1 b), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stößel (8) einen quadratischen Querschnitt aufweist, dessen Diagonale annähernd dem Durchmesser der Durchgangsbohrung (2) entspricht.
3. Zweiweg-Membranventil nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stößel (8) auf einem Teil (18) seiner Länge einen verringerten, vorzugsweise zylindrischen Querschnitt aufweist.
4. Zweiweg-Membranventil nach Anspruch 1 a), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zweite bzw. dritte Verbindungsbohrung (5, 6) in einer Vertiefung (19) mit vorzugsweise nierenförmigem Umriß der entsprechenden Stirnfläche (7, 7') des Gehäuseblocks (1) mündet.
5. Zweiweg-Membranventil nach Anspruch 1 e) und f), d a d u r c h g g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens ein Kolben (15) gegen eine in Richtung auf die Schließmembran (9') wirkende Federkraft verschiebbar ist.
6. Zweiweg-Membranventil nach Anspruch 1 e) und f), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens ein Kolben (14) mittels eines fluidischen Druckmittels verschiebbar ist.
7. Zweiweg-Membranventi1 nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Gehäuseblock (1) und Flansche (10, 11, 20) mit Kolben (14, i5) zum Aufbau von Mehrwegeventilen mit gemeinsamer Betätigung aneinanderreihbar ausgebildet sind.