DE2914654C2

DE2914654C2 - Ventil, insbesondere Kältemittelventil, dessen Verschlußstück von einer Membran getragen ist

Info

Publication number: DE2914654C2
Application number: DE2914654A
Authority: DE
Inventors: Holger Nordborg Dandanell; Lorenz Asmus Soenderborg Engberg; Find Augustenborg Rotvel
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1979-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1982-10-14
Also published as: JPS5648755B2; IT1128411B; DK148880A; IT8067560A0; DE2914654A1; JPS55139577A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere Kältemittelventil, dessen Verschlußstück von einer Membran getragen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ventile dieser Art sind beispielsweise aus DE-PS 09 377 bekannt. Das Verschlußstück wird in Abhängigkeit von dem zu beiden Seiten der Membran herrschenden Druck betätigt. Insbesondere kann der Raum auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite der Membran über mindestens einen teilweise drosselnden Ausgleichskanal mit dem Zuflußraum und über einen mittels eines Hilfsventils absperrbaren Kanals mit dem Abflußraum verbunden sein. Diese Membranen sollen mit möglichst kleinen Kräften verstellt werden können; daher sind sie am Rande nicht eingespannt und sollen verhältnismäßig dünn ausgeführt sein. Andererseits müssen sie aber eine gewisse Mindeststärke haben, weil sie anderenfalls aus der Ringnut herausgezogen werden würden.

Bisher bestanden diese Membranen aus mit Glasfasern verstärktem Kunststoff. Bei Kältemittelventilen wurde als Kunststoff Polytetrafluoräthylen verwendet, das auch gegenüber agressivem Kältemittel chemisch beständig ist Dieser Kunststoff wurde von beiden Seiten her auf die Glasfasern aufgesintert Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Lebensdauer dieser Membranen begrenzt ist Insbesondere löste sich der aufgesinterte Belag stellenweise von der Glasfaserschicht und beulte aus. Ähnliches gilt auf anderen Gebieten, wo das das Ventil durchströmende Medium die Membran angreift Der Drosselkanal weist ein in der Membran vorgesehenes Drosselloch auf, dessen Drosselwiderstand wegen des Membranwerkstoffs nicht genau bemessen werden kann. Außerdem kann das Drosselloch durch Stützplatten o. dgl. abgedeckt werden, so daß spezielle Maßnahmen getroffen werden müssen.

Aus US-PS 30 83 941 ist ein Membranventil bekannt bei dem zwei Metallscheiben aufeinanderliegen, von denen die eine am Rand fest eingespannt ist Die so gebildete Doppelmembran ist verhältnismäßig steif.

Aus US-PS 22 41 056 ist ein hydraulisch betätigbares Gerät mit einer Rollmembran bekannt Diese besteht aus einer Metallschicht mit Radialschlitzen und einer dichtenden Schicht, wie Gummi. Die Rollmembran ist am Rand fest eingespannt

Aus US-PS 26 67 183 ergibt sich eine zusammengesetzte Membran, bei der sich zwischen einem dicken, fest eingespannten Rand und einem dicken, ein Arbeitselement tragenden Mittelteil ein flexibler Zwischenbereich befindet, der aus einzelnen sektorförmigen Metallteilen und einer flexiblen, insbesondere aus Kunststoff gefertigten Scheibe besteht, die sich bis in die Ringschlitze sowie die Radialschlitze erstreckt Da eine zusammenhängende Metallscheibe nicht vorhanden ist, wird die Festigkeit der Membran fast ausschließlich von der flexiblen Scheibe bestimmt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben, dessen Membran bei hoher Flexibilität und großer thermischer und chemischer Stabilität eine lange Lebensdauer aufweist und bei dem eine besondere Ausgleichsöffnung in der Membran entfallen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Das Metall der Membran kann ohne weiteres so gewählt werden, daß sie gegenüber dem das Ventil durchströmenden Medium eine große thermische und chemische Beständigkeit hat. Sie ist auch billig. Selbst wenn man die Metallmembran zur Erzielung der gewünschten hohen Flexibilität sehr dünn macht, hat sie eine lange Lebensdauer. Infolge der vom Rand ausgehenden schmalen Schlitze treten im Randbereich der dünnen Metallmembran keine übermäßigen Spannungen und Beulen auf, welche die Lebensdauer reduzieren und darüber hinaus verhindern, daß sich die Membran dicht an die obere Anschlagfläche der Ringnut anlegen kann. Die dünne Dichtscheibe auf der dem Verschlußstück zugewandten Seite der Metallscheibe sorgt dafür, daß die Metallmembran dicht ist. Eine besondere Ausgleichsöffnung kann entfallen, da die Drosseleigenschaft dieser Ausgleichsöffnung von den Schlitzen der Metallmembran übernommen wird. Deren

Querschnitt und Zahl ist in weiten Grenzen frei wählbar.

Als MembranmetalL das in den meisten Fällen ausreicht, kommt rostfreier Stahl in Betracht. Je nach Anwendungszweck sind aber auch andere Metalls geeignet, z. B. Berylliumbronze.

Die Abdichtung der Schlitze kann Taeispielsweise dadurch erfolgen daß die Schlitze mit einem elastischen Kunststoff gelullt werden. Besonders günstig ist es aber, wenn auf der dem Verschlußstück zugewandten Seite der Metallscheibe eine dünne Dichtscheibe vorgesehen ist Hierbei kann die Dichtscheibe äußerst dünn sein, da sie fast durchwegs von der Metallscheibe abgestützt ist und lediglich die schmalen Schlitze verschließen muß. Sie behindert daher nicht die freie Beweglichkeit der Metallmembran.

Es genügt völlig, wenn die Dichtscheibe lediglich in der Mitte mit der Metallscheibe verbunden ist, da sie durch den E>ruck des das Ventil durchströmenden Mediums gegen die Metallscheibe gedruckt wird. Es ist aber auch möglich, wenn die Dichtscheibe als durchgehend an der Metallscheibe haftender Belig ausgebildet ist

Insbesondere kann die Dichtscheibe aus Kunststoff bestehen. Dieser Kunststoff kann den Betriebsverhältnissen entsprechend gewählt werden. Er besteht beispielsweise für ein Kälteinittelv-ntil bevorzugt aus Polytetrafluorethylen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß als Dichtscheibe eine der Metallscheibe entsprechende Metallscheibe verwendet ist, deren Schlitze gegenüber den Schlitzen der erstgenannten Metallscheibe versetzt sind. Auch hierbei sind die Radialschlitze jeweils durch volles Material der anderen Metallscheibe abgedeckt

Des weiteren sollte die Dichtscheibe einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als die Metallscheibe haben. Dies hat zur Folge, daß die Führung der Membran ausschließlich von der Metallscheibe übernommen wird.

Die besten Ergebnisse zeigen sich, wenn die Schlitze gleichmäßig über den Umfang der Metallscheibe verteilte Radialschlitze sind. Auf diese Weise ergeben sich die kürzesten Schlitze und damit die kleinste abzudichtende Fläche der Metallscheibe.

Mit Vorteil sind die Schlitze Messerschnitte. Es handelt sich also um sehr dünne Schnitte, bei denen praktisch kein Material weggestanzt ist Je schmaler die Schnitte, um so dünner kann die Dichtscheibe sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der einen Hälfte des Arbeitsbereichs und

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Metallmembran.

Ein Ventilgehäuse 1 weist einen mit einem Zuflußstutzen 2 verbundenen, ringförmigen Zuflußraum 3 und einen zentrischen mit einem Abflußstutzen 4 verbundenen Abflußraum 5 auf. Zuflußraum 3 und Abflußraum 5 sind durch einen Ventilsitz 6 voneinander getrennt, der eo mittels eines Verschlußstücks 7 aus elastischem Material verschlossen werden kann. Das Verschlußstück ist von einem Trägerkörper 8 gehalten, der mit einer Membran 9 verbunden ist, wie in Verbindung mit Fig.2 noch näher erläutert wird. Ein Raum 10 hinter der Membran kann über noch zu beschreibende Ausgleichskanäle mii dem Zuflußraum 3 und über einen Kanal 11 im Trägerkörper 8 mit dem Abflußraum 5 verbunden werden. Ein Deckel 12 trägt einen Magnetaufsatz 13 eines Hilfsventils 14. Der Anker 15 trägt ein Verschlußstück 16 des Hilfsventils.

Wie die F i g. 2 und 3 zeigen, besteht die Membran 9 aus einer Metallscheibe 17 aus rostfreiem Stahlblech. Die Scheibe weist gleichmäßig Ober den Umfang verteilte schmale Radialschlitze 18 auf. An der dem Verschlußstück zugewandten Seite dieser Metallscheibe liegt eine dünne Dichtscheibe 19 aus Kunststoff an, weiche die schmalen Schlitze 18 abdichtet Die Kunststoffscheibe 19 ist etwas dünner als die Metallscheibe 17. Ihr Durchmesser ist geringfügig kleiner als derjenige der Metallscheibe 17. Der Rand von Metallscheibe und Dichtscheibe ist frei schwebend in einer Ringnut 20 des Ventilgehäuses gehalten, die durch eine untere Ringschulter 21 und eine obere Ringschulter 22 begrenzt ist Die untere Ringschulter 21 ist an einem Stützblech 23 ausgebildet das in das Ventilgehäuse eingesetzt ist Die obere Ringschulter 22 ist am Deckel 12 ausgebildet An sie schließt sich eine annähernd konisch ausgebildete Anlagefläche 24 mit Entlastungsnuten 25 an. Zusammen mit dem Verschlußstück 7, der Dichtscheibe 19 und der Metallscheibe 17 ist vom Trägerkörper 8 eine obere Stützscheibe 26 gehalten.

Mit diesem Ventil ergibt sich die folgende Betriebsweise: Wenn das Hilfsventil 14 geöffnet ist, ist der Druck im Raum 10 gleich dem Druck im Ablaufraum 5. Infolgedessen wird das Verschlußstück 7 unter dem Einfluß des auf die Membran 9 wirkenden Zuflußdrukkes nach oben gedrückt Das Ventil ist geöffnet

Wird das Hilfsventil 14 geschlossen, gelangt unter dem Zuflußdruck stehendes Medium über einen Ausgleichskanal, der zwischen der Dichtscheibe 19 und der unteren Ringschulter 21 beginnt, sich um den Umfangsrand der Dichtscheibe 19 fortsetzt und über die Radialschlitze 18 zum Raum 10 führt, in diesen Raum auf der dem Verschlußstück 7 abgewandten Seite der Membran 9. Da die wirksame Fläche in diesem Raum 10 größer ist als die wirksame Fläche im Zuflußraum 3, schließt das Ventil. Die Geschwindigkeit, mit der das Schließen erfolgt, hängt von dem Drosselquerschnitt ab, der im wesentlichen von der Zahl der Radialschlitze 18 und deren Querschnitt (in Umfangsrichtung) abhängt.

Auch in der Praxis hat es sich erwiesen, daß sowohl die Metallmembran 17 als auch die Dichtscheibe 19 eine sehr geringe Dicke haben können. Die Dichtscheibe 19 kann auch durch einen durchgehend an der Metallscheibe 17 haftenden gummiartigen Belag oder durch eine Metallscheibe entsprechend F i g. 3, aber mit gegenüber der Metallscheibe 17 versetzten Radialschlitzen, gebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil, insbesondere Kältemittelventil, dessen Verschlußstück von einer Membran getragen ist, deren Rand ohne Befestigung in einer Ringnut des Gehäuses angeordnet ist und bei dem der Raum auf der dem Verschlußstück abgewandten Seite der Membran über mindestens einen teilweise drosseinden Ausgleichskanal mit dem Zuflußraum und über einen mittels eines Hilfsventils absperrbaren Kanal mit dem Abflußraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9) durch eine Metallscheibe (17) gebildet ist, die vom Rand ausgehende, schmale Schlitze (18) aufweist, daß auf der dem Verschlußstück (7) zugewandten Seite der Metallscheibe eine dünne Dichtscheibe (19) vorgesehen ist und daß die Zahl und der Querschnitt der Schlitze so gewählt ist, daß diese zusammen mit dem um den Membranrand führenden Leckpfad den Ausgleichskanal bilden.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (17) aus rostfreiem Stahlblech besteht

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (19) lediglich in der Mitte mit der Metallscheibe (17) verbunden ist

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (19) als durchgehend an der Metallscheibe (17) haftender Belag ausgebildet ist

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (19) aus Kunststoff besteht.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß als Dichtscheibe (19) eine der Metallscheibe (17) entsprechende Metallscheibe verwendet ist, deren Schlitze gegenüber den Schlitzen (18) der erst-genannten Metallscheibe versetzt sind.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (19) einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als die Metallscheibe (17) hat

8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (18) gleichmäßig über den Umfang der Metallscheibe (17) verteilte Radialschlitze sind.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (18) Messerschnitte sind. so