DE2848737C2

DE2848737C2 - Membran zum Getrennthalten zweier benachbarter Räume

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Publication number: DE2848737C2
Application number: DE19782848737
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Dipl.Kaufm. Dipl.-Handelsl. 5030 Hürth Wurzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2848737A1

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Membran zum Getrennthalten zweier benachbarter Räume gleichen oder verschiedenen Druckes aus biegeelastischem Material von bleibender, definierter Grundform mit oder ohne Gewebeein- oder -auflage, deren flanschartiger Rand zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt ist, wobei der unmittelbar sich daran anschließende Abschnitt an der zum Einspannrand gerichtete Seite in allen Stellungen der Bewegung ein umlaufendes Ringgewölbe bildet und bei zunehmender Wanddicke der Membran in Richtung vom Einspannrand zu dessen Mitte hin jeweils das Ringgewölbe der Membranunterseite und die konvexe Wölbung der Membranobe. sehe im mittleren Bereich der Membran in eine Umkehrkurve übergeht. Eine Membran mit diesen Merkmalen ist vielseitig anwendbar. So kann sie angewendet werden als Stabilisator zum Heben, Dämpfen oder Drücken. Auch ist sie anwendbar als Membran in einem Regelantrieb oder als Membran in einem Absperrventil.

Bisherige Membranen als Tellermembranen oder Rollemembranen sind bei ihrer Betätigung erheblichen unterschiedlichen Formänderungen ausgesetzt, die deren Gebrauchsdauer stark herabsetzen.

Bei der Anwendung von Tellermembranen beispielsweise nach der US-PS 33 10 282 kommt neben der Wechselbiegung in der Nähe des äußeren Einspannrandes im Anwendungsfall eines Ventils der Nachteil hinzu, daß das Gehäuse keinen freien geraden Durchgang hat, weil die Tellermembran gegen einen hochgezogenen Steg abdichtet. Dieser Steg muß deshalb auch so weit nach oben gezogen werden, weil die Membran als grundsätzliche Flachmembran nur einen kleinen Hub zuläßt. Diese Ventilgattung ist zum Drosseln ungeeignet und weist einen relativ großen Durchflußwiderstand auf. Die Rollmembranen sind durch die Abrollbewegung gleichfalls erheblichen Formänderungen ausgesetzt, so daß die Werkstoffdicke und damit die Einsatzfähigkeit gegenüber hohem Druck limitiert ist. Beiden Membrangattungen ist weiterhin gemeinsam, daß die Eigenfestigkeit der Membranwandung bei fehlender Formsteifheit nicht ausreicht, um im abzusperrenden Durchlaßbereich ohne Druckstück einen dichten Abschluß herbeizuführen, wie das beispielsweise die US-PS 30 20 020 zeigt. Das Druckstück ermöglicht erst das Aufbringen der Dichtkräfte auf dem Dichtsitz. Es hat also neben der Funktion, die Membran abzustützen, die notwendige Aufgabe, die Dichtkräfte zu übertragen, indem es die Membran gegen die Sitzfläche drückt. Bei diesen Konstruktionen werden also die Dichtkräfte vom Druckstück aufgebracht. Der Membranwerkstoff wird durch das Quetschen stark beansprucht. Die Druckstükke sind wegen dieser Doppelfunktion — Abstützen und Dichten — zum Teil sehr aufwendig in der Herstellung.

Bei bekannten Absperrklappen mit elastischen

Dichtungswerkstoffen in der Klappenscheibe ist grundsätzlich ein Profilgummiring um den Klappentellerumfang angeordnet, der mit metallischen Ringen festgeklemmt ist, die das Erzeugen einer bestimmten Vorspannung des Profilringes, ein Nachitellen und schließlich auch ein Auswechseln des Dichtelementes erlauben. Wegen der bei Elastomerea auftretenden Erscheinung der bleibenden Verformung läßt nach einer bestimmten Betriebsdauer die Vorspannung nach, und die Klappenscheibe wird undicht Auch tritt be.m Hineinfahrer: der Klappenscheibe in den Ge:häusesitz ein Abrieb auf, weil der Profilgummi vorgespannt ist und daher etwas vorstehen muß. Die Herstellung derartiger Abdichtplatten ist sehr aufwendig. Zur Aufnahme c"es Profilringes und der Halteringe muß die Klappenscheibe mechanisch bearbeitet werden. Hinzukommt das Bohren und Gewindeschneiden der zahlreichen Gewindelöcher zur Aufnahme der Befestigungsschrauben des Halteringes. Schließlich erfordert die Einstellung der notwendigen Vorspannung des Profilringes und die genaue Justierung der Klappenscheibe erhebliche Montagezeiten.

Die im Hauptpatent 28 21 167 beanspruchte und dargestellte Membran dichtet in gleicher Weise wie vorbekannte Membranen in Ventilen mit ihrem mittleren Membranbereich ab.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Membran nach dem Hauptpatent so zu verbessern, daß sie bevorzugt in Ventilen, Pumpen oder Absperrklappen Anwendung findet Weiterhin soll die Membran in jeder Betriebsstellung bei geringen Raumformänderungen ausschließlich Druckspannungen ausgesetzt sein, wobei die Dicke des Werkstoffes beliebig den jeweiligen Druckverhältnissen angepaßt weirden kann und somit die Membran mit einer so hohen Eiigenfestigkeit ausgestattet ist, daß sie ohne Zuhilfenahme fremder Bauteile abdichtet und zu einer verbesserten Abdichtung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Membran nach dem Hauptpatent 28 21 167 zur Anwendung in Ventilen oder Pumpen vorgeschlagen, daß die Membran als dichtendes Betätigungselement eine Dichtfläche an dem außermittigen konvexen Ringgewölbe der Membranaußenseite hat.

Zur Anwendung der Membran nach dem Hauptpatent als Teil einer Absperrklappe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Membran als dichtende Klappe als Dichtfläche die um ein geringes Maß nach außen vorstehende flanschartige Fläche des Einspannrandes hat.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die Betätigungskräfte wirkungsmäßig von der Mitte nach außen auf die Membranbögen übertragen und hier in Dichtkräfte umgewandelt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Membran unter der Einwirkung des Druckes des Betriebsmittels nicht mehr in der Mitte auswulsten kann, weil die Belastungsspannungen in jedem Querschnitt gleich sind und damit in diesem Membranbereich bei pneumatischer, hydraulischer und mechanischer Abstützung keine Zugspannungen hineingebracht werden.

Bei mechanischer Betätigung werden durch die Membran selbst die Schubkräfte übertragen und in Dichtkräfte in Richtung des Dichtsitzes umgewandelt, ohne daß es einer zusätzlichen Hilfsabstützung durch ein Druckstück oder durch einen einvulkanisierten Kern bedarf.

Die Membran kann wahlweise durch pneumatischen oder hydraulischen Druck, oder auch mechanisch betätigt werden.

Bei der mechanischen Verstellung, auch mittelbar über einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, steht als Teil einer Verstelleinrichtung aus dem mittleren konvex gewölbten Teil der Membraninnenseite ein Befestigungselement hervor.

Um bei einem größeren Betriebsdruck eine sichere Verstellung zu erreichen und um Zugspannungen des mittleren konvexen Abschnittes auszuschalten, wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß die Verstelleinrichtung ein an der mittleren konvexen Wölbung der Membran anliegendes Druckstück mit einer konkaven Ausnehmung hat An dieses legt sich die Membran unter Druckeinwirkung an. Der konkav gewölbte kalottenartige Körper dient somit zur Übertragung der Betätigungskräfte und gleichzeitig als Abstützung der konvex gewölbten Membranmitte. Er verhindert, daß die Membran in diesem Bereich irgendwelchen Zugspannungen ausgesetzt ist Die Membran ist also auf ihrer gesamten Fläche, nämlich im äußeren Ringbereich auf Grund ihrer Gewölbeform und in der Mitte durch die formschlüssige Abstützung, ausschließlich Druckspannungen ausgesetzt Bei der Einwirkung des kugelschalenförmigen Druckstückes auf den konvex gewölbten Bereich der Membran ist die vertikale Hubbewegung in der Mitte der Membran am größten und nimmt nach außen hin ständig ab. Die Membran weist also auf Grund ihrer Form eine immanente Untersetzung auf.

Bei der Anwendung der Membran als Teil eines Ventils wirken sich die Dichtkräfte über den durch die Gewölbeform erzeugten Bogenschub in Richtung des Dichtsitzes aus, und zwar in Verbindung mit dem konkav gewölbten Druckstück. Sobald die Membranbögen nach eingeleiteter Schließbewegung den Gehäusedichtsitz erreicht haben und auf der der Strömung zu- und auf der der Strömung abgewandten Seite abzudichten beginnen, baut sich gleichzeitig unter der Membran in dem konkav gewölbten kugelschalenförmigen Raum ein Gegendruck auf, weil dieser vom Betriebsmittel ausgefüllte Raum nämlich kreisförmig sowohl zu der der Strömung zu- wie zu der der Strömung abgewandten Seite hin abgeschlossen ist. Der entstehende Gegendruck stützt die Membran nunmehr auch von unten her ab. Ein Durchdrücken der Membran oder eine übermäßige Beanspruchung durch die von oben wirkende Kraft wird somit wirksam verhindert. Gleichzeitig werden die bisher wirkenden Dichtkräfte

so auch von der Unterseite der Membran in Richtung des Dichtsitzes richtungsmäßig optimal gelenkt. Diese Wirkung kann auch so beschrieben werden:

Die Schubkräfte in der Nähe der Schließstellung werden beidseitig — von der Membranober- und der Membranunterseite — eingeleitet und wirken fast senkrecht zum Dichtsitz. Beim Öffnungsvorgang wird zuerst das Membranzentrum angehoben und dann die Membranbögen vom Dichtsitz, Diese Abhebbewegung vom Sitz verhindert einen Abrieb.

Sofern der oberhalb der Membran liegende Raum mit einer inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und diese die Kräfte auf die Membran überträgt, ist die Membran stets auf ihrer gesamten Fläche abgestützt und damit gleichfalls nur Druckspannungen ausgesetzt.

Sofern zur Betätigung des Ventils ein komressibles Medium verwendet wird, ist die Membran unter der Druckeinwirkung des Steuermediums gleichfalls abgestützt. Bei nachlassendem Steuerdruck, wenn der

■ Steuerdruck kleiner als der Betriebsdruck wird, wandert die Membran nach oben, und zwar in der Mitte am stärksten und zum Rand hin abnehmend und kann sich schließlich in dem konkav gewölbten kugelschaleni'örmig ausgebildeten oberen Gehäuseteil abstützen, so daß der Druck des Betriebsmittels wiederum nur zu einer Druckspannung im Membranwerkstoff führt.

Die Membran kann als absperrendes Bauteil in einem Geradsitzventil verwendet werden, wobei das Ventilgehäuse einen geraden freien Durchgang erhalten kann. Bei dieser Lösung liegt die Dichtfläche im Bereich zwischen der Scheitellinie des äußeren konvex gewölbten Kreisringes und der Unterkante des Einspannflansches. Die Membran dichtet an zwei gegenüberliegenden elliptischen Flächen ab. Das Geradsitzventil weist den weiteren erheblichen Vorteil auf, daß es zur feinsten Durchflußmengendosierung verwendet werden kann. Die Ursache liegt darin, daß zwischen dem Angriffspunkt der Schließkräfte und dem Punkt, an dem die Dichtkräfte wirksam werden, fast der ganze konvex gewölbte Membranringbereich liegt. Dieser Bereich wirkt gewissermaßen als Gummifeder und bringt bei linearem Hub, beispielsweise durch eine Betätigungsstange, die Dichtkräfte beim Schließvorgang allmählich auf. Die grafische Darstellung in einem Hub-Dichtkräfte-Diagramm ergibt eine flache lineare Kennlinie.

Die erfindungsgemäße Membran in einem Geradsitzventil weist gegenüber herkömmlichen Membranventilkonstruktionen die zusätzlichen Vorteile auf, daß in jeder Betriebsstellung Flattererscheinungen der Membran ausgeschlossen sind, das Ventil durch die Innenkammerung lecksicher gemacht ist und im vom Betriebsmittel beaufschlagten Raum keine Hinterschneidungen vorhanden sind.

Die erfindungsgemäße Membran kann auch in einem Schrägsitzventil Anwendung finden. Im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Membrangeradsitzventil kann jetzt eine größere Fläche der Membran zum Abdichten genutzt werden, so daß der Strömungskanal des Ventilgehäuses sich kaum zu verjüngen braucht, der volle Querschnitt bleibt also fast erhalten. Die Dichtfläche umfaßt etwa die Hälfte des konvex gewölbten äußeren Membranringbereiches und den gesamten konkav gewölbten kugelschalenförmigen mittleren Bereich.

Bei einem Schrägsitzventil mit erfindungsgemäßer Membran liegt ein voller Durchgang schon nach einem äußerst geringfügigen Hub vor; die Membranbögen ragen noch relativ tief in den Strömungskanal hinein. Die erfindungsgemäße Membran gestattet darüber hinaus aber einen wesentlich größeren Hub, der zur weiteren Freigeabe des Strömungskanals ausgenutzt werden kann, so daß der konvex gewölbte Membranring schließlich nur noch geringfügig in den Strömungskanal hineinragt. Auch dieses Ventil ist als Hochdruckventil geeignet. Selbst in den Anwendungsfällen, in denen in Schließstellung ein großer Differenzdruck zwischen der der Strömung zu- und der der Strömung abgewandten Seite besteht, kann das Ventil eingesetzt werden, da der mittlere kugelschaienförmig gewölbte Membranbereich auf Grund seiner Form und seiner großen Materialdicke — gegebenenfalls stabilisiert durch die Einvulkanisation der bereits erwähnten Ankerplatte — zur Aufnahme dieses Differenzdruckes geeignet ist

Die vorgeschlagene Membran kann weiterhin als absperrendes Bauteil in einem Rückschlagventil verwendet werden. Ein oder mehrere, vorzugsweise zwei gegenüberliegende Durchbrüche ermöglichen den zur Funktion notwendigen Druckausgleich zwischen Membranunter- und -Oberseite. Die Durchbrüche sins so groß bemessen, daß sie auch ein Freispülen von Ablagerungen auf der Membranoberseite bzw. Außenseite ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Membran kann auch als Bauteil einer Pumpe angewendet werden. Die Form der Membranbögen gestattet es, die Membran auf die einfachste Weise, nämlich mittels eines Exzenters, zu betätigen, darüber hinaus natürlich durch Preßluft oder einer Flüssigkeit. Die Membranbögen sind so flexibel, daß keine zusätzliche Beanspruchung des Membranwerkstoffes auftritt, wenn zu der linearen Hubbcwe- !.; gung eine zusätzliche seitliche Auslenkung hinzukommt, die Membran also gewissermaßen eine Taumelbewegung ausführt. Wegen der Robustheit der Membran können mit der Pumpe höhere Drücke erzeugt werden als bei bekannten Membranpumpen.
Auch auf einem anderen Armaturensektor löst die vorgeschlagene Membran überraschend einfach Dichtungsprobleme. So kann sie besonders vorteilhaft in dem Anwendungsfall einer einfach- oder doppelexzentrisch gelagerten Absperrklappe verwendet werden, und zwar vorzugsweise bei kleinen und mittleren Nennweiten.

Die erfindungsgemäße Membran in einer Absperrklappe weist die Vorteile auf, daß das Dichtelement beim Einbau nur einen geringen Bruchteil der bisherigen Montagezeiten erfordert, die Klappenscheibe nicht mehr an ihrem Umfang bearbeitet zu werden braucht, Montagezeiten für das Vorspannen und das Justieren entfallen. Auch ist die vorgeschlagene Absperrklappe selbstdichtenc, d. h. unter der Einwirkung des Betriebsmittels dichtet sie erst ab. Sie ist auch selbstnachstellend, da die bleibende Verformung oder ein Abrieb automatisch ausgeglichen werden und damit immer die zur vollkommenen Abdichtung notwendigen Dichtkräfte bestehen bleiben. Bei der vorgeschlagenen Absperrklappe tritt beim Hineinfahren in den Gehäusesitz kein Abrieb auf, da der Rand der Membran keinen Überstand aufweist. Auch hat die Klappenscheibe Öffnungstendenz.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1A eine im Querschnitt dargestellte Membran in oberer Stellung,

F i g. 1B die vorerwähnte Membran in der Mittelstellung,

Fig. IC die vorerwähnte Membran in der unteren Stellung.

F i g. 2 die Membran in einem Absperrventil in Geradsitzausführung und mittlerer Stellung der Membran in vertikalem Schnitt,

Fig.2A das Absperrventil nach Fig.2 mit der Membran in der Offenstellung,

Fig.3 die Membran in einem Ventilgehäuse mit Schrägsitzausführung in vertikalem Schnitt,

F i g. 3A ein Überströmventil in vertikalem Schnitt,
Fig. 3B einen Wasserhahn in vertikalem Schnitt,

Fig.4 die Membran in einem Absperrventil mit Geradsitzausführung mit Betätigung durch pneumatischen oder hydraulischen Druck in vertikalem Schnitt, F i g. 5 die Membran als Rückschlagventil in einem Ventilgehäuse mit Schrägsitz,

Fig.6 einen vertikalen Schnitt durch ein weiteres Ventilgehäuse mit Membran nach den F i g. 1,

F i g. 7 einen vertikalen Schnitt durch eine Pumpe mit

Membran nach den F i g. 1,

F i g. 8 ein elastischer Körper der grundsätzlichen Ausbildung nach Fig. IA, angewendet bei einer Klappe in der Offenstellung und vertikalem Schnitt,

F i g. 8A die Klappe nach F i g. 8 in Schließstellung in vertikalem Schnitt und einer F i g. 8 gegenüber um 90° versetzte Ebene,

F i g. 9 eine den F i g. 8 gegenüber abgewandelte Klappe größerer Nennweite mit ebenfalls abgewandelter Membran in Schließstellung.

Fig. 1 zeigt eine Membran aus einem Elastomer oder Kunststoff oder auch einem Metall. Die eine, bei einem Ventil die Dichtfläche aufweisende Außenseite 11 des Körpers 10 besteht aus einem äußeren konvex gewölbten Kreisring 12 und einem davon umschlossenen minieren konkav gewölbten, kugelschalcnförmigcn Abschnitt 13, während die andere, gegenüberliegende Unterseite 14 aus einem äußeren konkav gewölbten Kreisring 15 und einem davon umschlossenen mittleren konvex gewölbten kugelschalenförmigen Abschnitt 16 besteht. Weiterhin ist, im Querschnitt gesehen, wie das in den Fig. IA bis IC dargestellt ist, der konvex gewölbte Kreisring 12 in seiner Oberfläche größer als der konkav gewölbte kugelschalenförmige Abschnitt 13, während auf der Unterseite 14 die Oberfläche des konvex gewölbten kugelschalenförmigen Abschnittes 16 größer ist als der konkav gewölbte Ring 15. Weiterhin zeigen die Fig. IA bis IC, daß, ebenfalls im Querschnitt gesehen, der konvex gewölbte Kreisring 12 der Oberseite einen Umfangswinkel R1 von mehr als 90° hat, während der konkav gewölbte kugelschalenförmige Abschnitt einen Umfangswinkel R2 von weniger als 90° hat. Die Fig. IA bis IC zeigen weiterhin, daß entsprechend Fig. IB mit der Darstellung der Membran in der Mittelstellung die Höhe Hi etwa dem halben Durchmesser D1 entspricht. Bei einer Höhe H1 von 4 cm entspricht der halbe Durchmesser 5 cm. Bei den beiden Endstellungen in den Fig. IA und IB ist die Höhe Hl größen. Dort beträgt sie 4,5 cm. Diese vorgenannten Maßangaben beziehen sich auf eine bestimmte Größe der Membran und sind somit im Verhältnis zu verstehen.

Die Membrane werden, wie verständlich, in verschiedenen Durchmessergrößen hergestellt.

Die Membran hat eine in Richtung von außen nach innen sich stetig vergrößernde Wanddicke, wobei der Einspannrand bei dieser Betrachtung außer acht bleibt. Die F i g. 1 zeigen, daß im mittleren Bereich eine Armierung 17 in Verbindung mit einem Schaft 18 angeordnet ist an dem eine in F i g. 2 dargestellte Verstelleinrichtung angreift.

F i g. 2 zeigt die Membran !0 bei einem im Schnitt dargestellten Absperrventil in Geradsitzausführung. Sie wird als Geradsitzausführung bezeichnet, weil die Betätigungseinrichtung senkrecht zum Durchflußkanal einwirkt Es besteht aus dem Durchflußgehäuse 19 mit dem Durchflußkanal 20 und einem Deckel 21, wobei die Membran zwischen Gehäuse 19 und Deckel 21 eingeklemmt ist auf eine Weise, die später noch beschrieben wird. Der Schaft 18 ist in eine Spindel 22 eingeschraubt die ein Außengewinde hat und in der Gewindebohrung 23 des Deckels gelagert ist Die Spindel 22 hat ein Verstellrad 24. Zur Betätigung der Membran 10 mit einer Verstellvorrichtung liegt am mittleren Bereich der Membran ein Druckstück 25 an, dessen zur Membran gerichteten Seite eine konkave, kugelschalenförmige Form hat und die Membran 10 bis in den Beginn des an dieser Seite konkaven Ringbereiches 15 abstützt, wobei der Radius der konkaven Ausnehmung des Druckstückes 25 etwas größer als der Radius der äußeren konvexen Wölbung des Mittelteils der Membran ist. Dies geschieht, um Reibungen zu vermeiden, weil, wie Fig. IC zeigt, mit dem Herunterdrücken der Membran die konvexe Wölbung des mittleren Abschnittes 16 etwas flacher wird. Durch das Druckstück 25 wird erreicht, daß die Membran nur Druckspannungen ausgesetzt ist. So kann auch der

ίο mittlere Bereich der Membran nicht flach werden, weil die konkave Ausnehmung des Druckstückes dies verhindert. F i g. 2 zeigt die Membran in der Drosselstellung bzw. der Raumform, wie sie vulkanisiert, d. h. hergestellt wird. In der Schließstellung dichtet sie in den

Randbereichen der beiden Durchlässe 26 und 27 ab, die

elliptisch sind. Die Abdichtung erfolgt somit im wesentlichen an den zwei gegenüberliegenden äußeren

Seitenwandungen. F i g. 2A zeigt das Ventil nach F i g. 2 in der Offenstellung.

F i g. 3 zeigt die Membran nach den F i g. 1 gleicher Raumform und gleicher Bemessung wie nach F i g. 2 bei einem Ventilgehäuse 19 mit Schrägsitzausführung, weil die Betätigungseinrichtung schräg zum Durchflußkanal angeordnet ist. Bei dieser Ausführung dichtet die Membran im Bereich der Scheitellinie des äußeren konvex gewölbten Kreisringes 12 als Dichtfläche ab. Diese Kreislinie im Scheitelpunkt oder im Bereich des Scheitelpunktes kann mit einem umlaufenden Vor sprung 28 versehen sein.

Bei einem Ventil nach F i g. 3A mit Schrägsitzausführung in Verbindung mit einem Überströmventil, d.h. einem Ventil, bei dem bei einem Überdruck gegen den Druck von Federn 29 das Ventil geöffnet wird und das Medium beispielsweise in angegebener Pfeilrichtung 30a strömt würde, abhängig von der Federkraft ein öffnen bei beispielsweise vier Bar und ein Schließen bei zwei Bar erfolgen. Sofern jedoch in dem gleichen Ventil Druck aus der Richtung 306 kommt und somit nicht die Unterseite, sondern die äußere Seitenwandung im Querschnittsbereich des Kanals zum Aufschlag kommt, dann erfolgt ein Öffnen bei gleicher Federkraft bei zehn Bar und ein Schließen bei acht Bar. Die gleiche Membran hat daher, eingebaut bei einem Ventil mit Schrägsitzausführung, abhängig von der Strömungsrichtung des Mediums als durch Betriebsmittel öffnendes Überströmventil verschiedene Werte. Das liegt daran, weil bei der Strömungsrichtung 30a die konkav gewölbte Unterseite belastet wird, die größer ist als der

so Bereich an der Seitenwandung, der den Durchströmkanal absperrt

F i g. 3B zeigt eine Membran 10 in einem Wasserhahn oder dergleichen, dessen Gehäuse 19 mit einem Schrägsitz versehen ist so daß die Membran 10 als Schrägsitzventil wirkt Der mit einem Gewinde versehene Zapfen 18 greift in eine Spindel 22 ein, die ebenfalls mit einem Außengewinde versehen und in einem deckelartigen Körper 21a eingeschraubt ist der mit dem Gehäuse 19 verschräubt ist Über eine Kappe 24a, vergleichbar mit einem Handrad 24 nach F i g. 2, wird in Verbindung mit dem Druckstück 25 die Membran 10 betätigt

F i g. 4 zeigt ein Absperrventil, das ebenfalls handbetätigt ist und einen Verdrängungskolben 31 aufweist der in Verbindung mit einer inkompressiblen Flüssigkeit die Membran 10 betätigt Der Deckel bzw. das Gehäuse 21 hat eine konkav gewölbte Unterseite 32, damit bei einem Unterdruck in dem Raum 33 und entsprechend

oberen Stellung der Membran 10 diese oben abgestützt ist und die obere Wölbung erhalten bleibt.

F i g. 5 zeigt die Membran 10 als Rückschlagventil in einem Gehäuse 19 mit Schrägsitz entsprechend F i g. 3. In der Seitenwandung 34 sind an den gegenüberliegenden Seiten Durchbrechungen 35 und 36 vorhanden. Die Rückschlagklappe nach F i g. 5 dichtet auch auf einer Kreisringlinie ab, wie das zu F i g. 3 beschrieben worden ist. Sie hat eine innere Armierung 17, die auch der Wölbung des mittleren Teiles angepaßt sein kann, insbesondere dann, in Oberansicht gesehen, sternförmig sein soll. Auch in Fig.5 ist ein Gehäusedeckel 21 vorhanden, der mit dem Ventilgehäuse 19 verschraubt ist.

F i g. 6 zeigt ein Ventil mit dem Gehäuse 19 und dem angeschraubten Deckel 21, dessen zur Membran 10 gerichtete Seite konkav ausgebildet und der mittigen Wölbung der Membran 10 angepaßt ist. Die Membran wird von oben zu ihrer Steuerung über die Zuleitung 38 mit Druckluft oder Druckwasser beaufschlagt. Dargestellt ist die obere Endstellung, bei der die obere Kuppel der Membran an dem Deckel 21 anliegt. Bei sehr starkem Druck des Mediums im Kanal 20 kann sich die Membran 10 der konkaven Wölbung des Deckels 21 anpassen.

F i g. 7 zeigt die Membran 10 als Teil einer Pumpe. An dem mit Gewinde versehenen Zapfen 18 ist die Gabel 39 angeschraubt, die mit einem Bolzen 40 versehen ist, an dem die Stange 41 angreift, die mit einem exzentrischen Zapfen 42 eines Antriebes verbunden ist. Der Einlauf der Pumpe ist mit Pfeilrichtung 43, der Ausgang mit Pfeilrichtung 44 angegeben. Zwischen beiden sind Rückschlagventile angeordnet. Die Membran ist zu hohen Drücken, z. B. 10 Bar, befähigt.

Der Einspannrand der Membran hat, wie alle Figuren zeigen, einen flanschartig, nach F i g. 1 einen nach innen vorstehenden Wulst 45, aber auch einen um ein geringfügiges Maß nach außen vorstehenden Wulst 46, damit eine Innenkammerung stattfindet. Der nach innen vorstehende Wulst oder Flansch 45 wird umgriffen an drei Seiten durch entsprechende Formgebung des Deckelgehäuses 21, wie z. B. in den F i g. 2, 3, 5 und 7 dargestellt ist oder auch einen zusätzlichen Ring 47, der in den F i g. 3A und 3B dargestellt und zwischen Gehäuse 19 und 21 eingeklemmt ist.
Die Membran nach den F i g. 1 ist auch anwendbar als Abdichtelement einer Absperrklappe, wie das in F i g. 8 dargestellt ist. Absperrklappen mit elastischem Dichtungselement der Klappenscheibe finden vielfach Anwendung, so in Großarmaturen, in der chemischen und artverwandten Industrie sowie im Schiffsbau. Durch

ίο die exzentrische Lagerung der Klappenscheibe 48 zur Drehachse 49 in dem Gehäuse 50 haben Absperrklappen eine auf dem ganzen Umfang nicht unterbrochene Dichtfläche und sperren in beiden Strömungsrichtungen absolut dicht ab. Die Klappenscheibe 48 hat an ihrem Außenumfang eine umlaufende Nut 51, in die der nach innen flanschartig vorstehende Einspannrand 45 der Membran 10 eingreift, wobei der in Richtung nach außen vorstehende Einspannrand 46 die Dichtfläche ist und dazu besonders vorteilhaft, wie sich aus der Schließstellung in Fig.8A ergibt, eine in Richtung zur Schwenkachse 49 divergierende Wandung 46a hat. Die Mitte des elastischen Körpers ist ebenfalls mit einer Halterung 17, 18 versehen, wobei der Schaft 18 durch eine Bohrung der Klappenscheibe 48 durchgreift. Die Befestigung erfolgt über eine Mutter 51. Die Klappenscheibe hat an der zur Dichtung 10 gerichteten Seite eine konkave Ausnehmung 52, die wie das Druckstück 25 gemäß F i g. 2,2A und 3B an dem konvexen Mittelteil 16 anliegt.

Bei Absperrklappen mit größerem Durchmesser ist die Membran nach F i g. 9 als Ring ausgebildet, weil dort als Dichtungselement einer Klappenscheibe der mittlere Bereich lediglich eine Befestigungsfunktion an der Klappenscheibe 48 auszuführen hat. In dem Innenbereich des Ringes 10.1 sind Befestigungsbolzen 17, 18 verankert, die in prinzipiell gleicher Weise, wie zu Fig.8 beschrieben, über Muttern 51 die Dichtung 10a mit der Klappenscheibe verbinden. Auch Fig.9 zeigt, daß die Dichtfläche des außenliegenden Bereiches des Einspannrandes 46a divergiert. F i g. 9 zeigt somit den Dichtkörper nach F i g. 1 lediglich mit der Maßgabe, daß in der Mitte eine kreisrunde öffnung ist.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Membran zum Getrennthalten zweier benachbarter Räume gleichen oder verschiedenen Druckes aus biegeelastischem Material von bleibender, definierter Grundform mit oder ohne Gewebeeinoder -auflage, deren flanschartiger Rand zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt ist, wobei der unmittelbar sich daran anschließende Abschnitt an der zum Einspannrand gerichteten Seite in allen Stellungen der Bewegung ein umlaufendes Ringgewölbe bildet und bei zunehmender Wanddinke der Membran in Richtung vom Einspannrand zu dessen Mitte hin jeweils das Ringgewölbe der Membranunterseite und die konvexe Wölbung der Membranoberseite im mittleren Bereich der Membran in eine Umkehrkurve übergeht. Zusatz zu Patent 28 21 167, dadnrch gekennzeichnet, daß die Membran (10) als dichtendes Betätigungselement eine Dichtfläche an dem außermittigen konvexen Ringgewölbe (12) der Membranaußenseite (11) hat.

2. Membran zum Getrennthalten zweier benachbarter Räume gleichen oder verschiedenen Druckes aus biegeelastischem Material von bleibender, definierter Grundform mit oder ohne Gewebeeinoder -auflage, deren flanschartiger Rand zwischen zwei Gehäuseteilen eingespannt ist, wobei der unmittelbar sich daran anschließende Abschnitt an der zum Einspannrand gerichteten Seite in allen Stellungen der Bewegung ein umlaufendes Ringgewölbe bildet und bei zunehmender Wanddicke der Membran in Richtung vom Einspannrand zu dessen Mitte hin jeweils das Ringgewölbe der Membranunterseite und die konvexe Wölbung der Membranoberseite im mittleren Bereich der Membran in eine Umkehrkurve übergeht, Zusatz zu Patent 28 21 167, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) als dichtende Klappe als Dichtfläche die um ein geringes Maß nach außen vorstehende flanschartige Fläche (46a) des Einspannrandes hat.

3. Membran nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Teil einer Verstelleinrichtung (Ventil, Klappe) aus dem mittleren konvex gewölbten Teil der Membraninnenseite ein Befestigungselement hervorsteht.

4. Membran nach Anspruch 3, die zwischen einem vom Medium durchströmten Gehäuseteil und einem die Membranbetätigung aufnehmenden Gehäuseoberteil eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (18, 22, 24 bzw. 38 bzw. 18, 39, 41, 42 bzw. 49) ein an der mittleren konvexen Wölbung (16) der Membran (10) anliegendes Druckstück (25, 21, 48) mit einer konkaven Ausnehmung hat.

5. Membran nach Anspruch 1, die als Ventil zwischen einem vom Medium durchströmten Gehäuseteil und einem die Ventilbetätigung aufnehmenden Gehäuseoberteil eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membraninnenseite (14) und der Innenfläche des Gehäuseoberteils (21) ein mit einem Druckmittel gefüllter Raum vorhanden ist, das die Membran (10) unmittelbar betätigt.

6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil als Deckel (21) ausgebildet ist, dessen zur Membranunterseite gerichtete Seite in der Mitte eine konkave Ausnehmung hat, die der mittigen konvexen Wölbung (16) der Membran (10) zur Aufnahme der Zugspannung angepaßt ist oder entspricht

7. Membran nach Anspruch 1, die als Rückschlagventil zwischen einem vom Medium durchströmten Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Seitenwandung (34) der Membran ein Durchbruch (35) oder mehrere Durchbrüche (35,36) vorhanden sind.