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Armatur zum Leiten und/oder Regeln von Medienströmen
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BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Armatur zum Leiten und/oder
Regeln von Medienströmen mit einem Gehäuse, welches Kanäle für die Medien enthält
und mit Anschlüssen an die medienführenden Leitungen.
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Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung
eine derartige Armatur für aggressive Medien oder Medien die beispielsweise nicht
mit Buntmetallen o. dgl. in Berührung kommen dUrfen. In derartigen Fällen wurden
bisher Armaturen der oben angegebenen Art aus Kunststoffen wie beispielsweise PVC,
Polypropylen, Teflon oder aus nichtrostenden Stählen hergestellt. Typische Anwendungsgebiete
derartiger Armaturen sind in der Verfahrenstechnik, insbesondere der Luft- und Wasseranalysentechnik
gegeben. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet besteht in medizinischen Analysegeräten
wie sie in neuerer Zeit immer mehr Verwendung finden, bei welchen absolut inerte
Materialien den gesamten Strömungspfad bilden müssen um die sehr empfindlichen Analysetoleranzen
nicht zu stören.
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Armaturen dieser Art werden nach dem Stand der Technik dadurch hergestellt,
daß das gesamte Gehäuse mit den Strömungswegen aus dem durch den Anwendungsfall
bedingten Material hergestellt wird, wobei dies entweder spanlos oder spanabhebend
erfolgen kann. Bei aus Kunststoffen, beispielsweise Teflon, hergestellten Gehäusen
werden üblicherweise die Anschlußgewinde direkt in das Gehäuse eingearbeitet. Ebenso
verfährt man in vielen Fällen unter Zuhilfenahme zusätzlicher zu verankernder Gewindebuchsen
bei Gewinden an denen Anbauteile an den Armaturen befestigt werden müssen, bei denen
es sich beispielsweise um die elektrischen Stell- und Regelorgane handeln kann wenn
die Armatur ein elektrisch angesteuertes oder betätigtes Ventil ist. Diese bekannte
Bauart weist äedoch erhebliche Nachteile auf, da es sich bei den für diese Zwecke
geeigneten Kunststoffen um Materialien handelt, welche aufgrund ihres Fließverhaltens
eine vergleichsweise geringe Festigkeit aufweisen. Deswegen ist man in vielen Fällen
zu herstellungstechnisch aufwendigen Kegelgewinden bei den Innengewinden übergegangen,
was Jedoch das Grundproblem nicht beseitigen kann, daß das gesamte Gehäuse bei der
Montage springt.
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Bei aus Edelstahl bestehenden Armaturen der obei ngegebenen Art wie
sie nach dem Stand der Technik bekannt sind, ergeben sich zwar keine Festigkeitsprobleme
jedoch sind derartige Armaturen mit erheblichen Ilerstellkosten belastet. Beispielsweise
wird in vielen Fällen ein nichtrostender Stahl 4571 verwendet, welcher ausgesprochen
schwer zu bearbeiten ist und daher lange Bearbeitungszeiten erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Armatur der obenangegebenen
Art zu schaffen, bei der die genannten Nachteile vermieden werden und welche unabhängig
von dem Einsatzgebiet, insbesondere hinsichtlich des zu leitenden Mediums, wesentlich
günstiger herstellbar ist.
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Die Erfindung beruht dabei auf dem Grundgedanken die medienführenden
Teile derartiger Armaturen von den Schäfte aufnehmenden Teilen fertigungstechnisch
zu trennen und die der
Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird im
wesentlichen dadurch gelöst, daß die mit dem Medium in Berührung kommenden Bereiche
in dem Gehäuse und den Anschlüssen aus einem, dem Medium angepaßten, Werkstoff bestehen
und daß die mechanischen Kräfte wie Verschraubungen und dgl. aufnehmenden Bereiche
aus einem festen Werkstoff bestehen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung wird
dadurch geschaffen, daß die mit dem Medium in Berührung kommenden Bereiche der Armatur
in einem Einsatz zusammengefaßt sind, welcher in einem Gehäuseteil aus dem mechanisch
festen Werkstoff angeordnet ist, wobei der Gehäuseteil die mechanischen Kräfte aufnimmt
Im einzelnen kann der Gehäuseteil aus Metall bestehen. Nach einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung ist der Einsatz als rotationssymmetrisch gestalteter
Drehteil ausgebildet und in einer Bohrung des Gehäuseteiles eingesetzt. Hierdurch
wird der Vorteil erreicht, daß sich ohne Schwierigkeiten auch in ihrer Bearbeitung
schwierige Materialien, welche medienbedingt sein können, für derartige Einsätze
verwenden lassen.
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Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß
der Einsatz an seinem Oberende eine Lagerfläche aufweist, die auf einer entsprechend
geformten Lagerfläche des Gehäuseteiles aufsitzt. Hierdurch wird jeweils eine genau
definierte Lage des Einsatzes gegenüber den verschiedenen Bohrungen des Gehäuseteiles,
welche die mechanischen Kräfte von Verschraubungen und dgl. aufnehmen, erzielt.
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Der Lagerteil ist bevorzugt als Ringschulter am Oberende des Einsatzes
ausgebildet, wobei die Lagerflächesdes Gehäuses als entsprechend geformte Ringnut
in der den Einsatz aufnehmenden Bohrung ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich in
vorteilhafter Mei-se die beiden zusammengehörenden Lagerflächen ebenfalls spanabhebend
durch Drehen herstellen.
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Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist der Einsatz in Spielpassung
in der Bohrung aufgenommen. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß ohne Ausbau
der gesamten Armatur die Orientierung der medienführenden Kanäle in dem Einsatz
bezüglich des Gehäuses geändert werden kann. Hierdurch lassen sich dann Ausführungsformen
schaffen, bei denen vielseitig verwendbare Einsätze mit verschiedenen Möglichkeiten
der Medienführung angewandt werden, welche ihrem speziellen Anwendungsfall gemäß
lediglich in ihrer Orientierung bezüglich des Gehäuses geändert werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Einsatz in Preßpassung
in der Gehäusebohrung aufgenommen. Hierdurch wird eine mediendichte Verbindung zwischen
Gehäuse und Einsatz geschaffen. Ferner kann diese Ausführungsform für Anwendungsbereiche
in der Medizin von Vorteil sein, da die Preßpassung die Ausbildung von Toträumen
in denen sich Bakterien ansiedeln könnten verhindert.
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Im einzelnen kann die Erfindung dadurch weitergebildet werden, daß
der Einsatz den Ventilsitz und die Medienkanäle enthält, wenn es sich bei der Armatur
nach der Erfindung um ein Ventil oder Hahn handelt.
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Besonders bevorzugt ist es, die Anschlußflächen für die Leitungsverbindungen
ebenfalls an dem Einsatz vorzusehen.
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Im einzelnen können diese Anschlußflächen durch parallel zur Hauptachse
des Einsatzes liegende spanabhebend hergestellte Flächen gebildet sein.
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Bei abgewandelten Ausführungsformen,insbesondere bei der Verwendung
von geeigneten Kunststoffen als IIaterial für den Einsatz, kann dieser einschließlich
oder ausschließlich der Medienkanäle und Anschlußflächen durch Gießen oder Spritzgießen
hergestellt sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung
sind die Leitungsanschlüsse der Armatur ebenfalls derart ausgebildet, daß die mit
dem Medium in Berührung kommenden Bereiche aus einem dem Medium angepaßten Werkstoff
bestehen und daß die'mechanischen Kräfte aufnehmenden Bereiche aus einem mechanisch
festen Werkstoff bestehen.
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Hierzu bestehen die Leitungsanschlüsse bevorzugt aus Schraubnippeln
in Gewindebohrungen des Gehäuseteiles und aus mit den Medienleitungen verbundenen
Stoßringen, wobei die Stoßringe aus dem dem Medium angepaßten Werkstoff und die
Schraubnippel aus dem mechanisch festen Werkstoff bestehen. Bevorzugt ist es hierbei,
daß die Stoßringe und der Einsatz aus dem gleichen Material bestehen.
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Unter Anwendung des Grundgedankens der Erfindung lassen sich Mehrwegeventile,
Mehrstellungsventile, Verbindungsstücke wie T-Stücke, Kreuzstücke usw. und Hähne
aller Art herstellen, da jeweils die Gestaltung des Einsatzes in dem Gehäuse die
Funktion der Armatur bestimmt. Beispielsweise lassen sich auch ohne Schwierigkeiten
derartige Einsätze in üblichen Badezimmer- und Haushaltsarmaturen einsetzen, wobei
in diesem Anwendungsfall der Vorteil erzielt wird, daß beispielsweise bei Verkalkung
und Beschädigung nicht mehr die gesamte Armatur ausgewechselt werden muß sondern
lediglich ein Austausch des den Ventilsitz aufweisenden Einsatzes erfolgen kann.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen bzw. der folgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung
anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher
erläutert wird. Es zeigt: Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform
nach der Erfindung in Form eines magnetischen Steuerventils; Fig. 2 eine Schnittansicht
längs der Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 in etwas schematisierter
Darstellung eine seitliche Schnittansicht einer als handbetätigtes Ventil ausgebildeten
Ausführungsform der Armatur nach der Erfindung; Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht
einer als Kugelhahn ausgebildeten Ausführungsform der Armatur nach der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V von Fig. 4; Fig. 6 eine seitliche
Schnittansicht einer als Verbindungsstück ausgebildeten Ausführungsform der Armatur
nach der Erfindung; Fig. 7 eine Schnittansicht längs der Linie VII-VII von Fig.
6; und Fig. 8 eine Schnittansicht der Leitungsverbindung bei den in den Figuren
1 bis 7 verwendeten Anschlüssen von Medien leitungen in vergrößertem Maßstab.
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Bei der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsform einer
Armatur 1 nach der Erfindung handelt es sich als Ausführungsbeispiel um ein Magnetventil,
welches wie üblich über einen Magnetteil 2, welcher nicht Gegenstand der Erfindung
ist und daher nicht näher erläutert wird, betätigbar ist. Für Anwendungsfälle beispielsweise
in der Verfahrenstechnik, insbesondere Luft- und Wasseranalysentechnik sowie in
der Medizin, ist die Armatur 1 in den Figuren 1 und 2 etwa maßstäblich wiedergegeben.-Unterhalb
des Magnetteiles 2 ist das eigentliche Ventil 3 angeordnet, welches über den Stößel
4 des Magnetteiles 2 betätigbar ist.
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Das Ventil 3 besteht in diesem Falle aus einem Gehäuseteil 5 mit seitlichen
Gewindebohrungen 6, 7 an welche die Medienleitungen 8 (in Fig. 1 ist lediglich eine
Medienleitung 8 dargestellt) mit dem Ventil 3 verbunden werden. Zum Anschluß der
Medienleitung 8 an das Ventil 3 ist in die Gewindebohrung 6 ein Schraubnippel 9
eingeschraubt, mittels dessen ein Stoßrins 10, der mit der Medienleitung 8 verbunden
ist, gegen eine der Anschlußflächen 11 mediendicht gedrückt ist.
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Die Medienleitungen 8 stehen hierbei in Verbindung mit im Inneren
des Ventiles 5 angeordneten Kanälen 12, 13, welche über eine durch den Stößel 4
gegen einen Ventilsitz 14 bewegbare lXIembrane 15 gesteuert werden.
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Erfindungsgemäß sind die mit dem Medium in Berührung kommenden Bereiche
in dem Ventil 3 und den Anschlüssen aus einem dem Medium angepaßten Werkstoff hergestellt,
während der Gehäuseteil 5 aus einem mechanisch festen Werkstoff besteht, da sämtliche
durch Verschraubungen und dgl. aufgebrachte Kräfte vom Gehäuseteil 5 aufgenommen
werden. Zu diesem Zweck sind die medienführenden Kanäle 12, 13 und die Anschlußflächen
11, 12 in einem Einsatz 16 zusammengefaßt, welcher in einer durch den Gehäuseteil
5 durchgehenden Bohrung 17 eingesetzt ist. Der Einsatz 16 besteht aus dem dem zu
regelnden oder weiterzuleitenden Medium angepaßten Material, wobei bevorzugt ebenfalls
die Stoßringe 10 aus dem gleichen Material bestehen.
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Da es sich in vielen Fällen bei diesen Materialen um schwer bearbeitbare
Materialien handelt, ist der Einsatz 16 bevorzugt als rotationssymmetrischer Drehteil
ausgebildet, in welchen die Anschlußflächen 11, 12 seitlich spanabhebend eingebracht
werden.
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Der Einsatz 16 kann, wie bereits oben erwähnt, in der Bohrung 17 entweder
in Spielpassung oder in Preßpassung eingesetzt sein. Bei der in den Zeichnungen
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform weist der Einsatz 16 an seinem Oberende
eine
als Lagerfläche wirksame Ringschulter 18 auf, welche auf einer
ebenfalls als Lagerfläche wirksamen Ringnut 19 in der Bohrung 17 des Gehäuseteils
5 aufliegt.
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Bei Ausführungsformen, bei denen der Einsatz 16 in Spielpassung in
der Bohrung 17 befindlich ist, wird er in der gewählten Orientierung durch die an
den Anschlußflächen 11 anlietenden Stoßringe 10 gehalten.
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Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform sind somit sämtliche
medienführenden Teile vollständig von mechanischen Kräften entlastet, so daß ohne
Rücksicht auf die bisher erforderliche Mindestfestigkeit ein für das Medium optimales
Material gewählt werden kann. In vielen Fällen wird es erforderlich sein, bei derartigen
Ventilen die die Ventilkammer 20 gemeinsam mit dem Einsatz 16 bildende Membrane
ebenfalls an das Medium anzupassen, wobei beispielsweise teflonisierte Membranen
verwendet werden können.
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Für den Gehäuseteil andererseits und für die Schraubnippel 9 können
leicht bearbeitbare Materialien ausreichender mechanischer Festigkeit gewählt werden,
da hier den Eigenschaften des zu fördernden oder regelnden Mediums nicht Rechnung
getragen werden muß.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Erfindung in Form eines
handbetätigten Ventils 21 verwirklicht, wobei ein Einsatz 16 vorgesehen ist, dessen
Aufbau dem'Aufbau des Einsatzes 16 entspricht. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten
wird auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen, wobei für entsprechende
Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Das Ventil 21 gemäß Eig. 2 ist
durch die als Sechskantschraube dargestellte Handhabe 22 betätigbar.
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In der Schnittansicht entspricht das Ventil 21 der Ansicht gemäß Fig.
2, aus welcher ferner noch ersichtlich ist, daß der Gehäuseteil 5 gleichfalls zusätzlich
zu den Gewindebohrungen 6, 7 noch die Bohrungen 23 enthält, die entweder
zur
Montage des Nagnetteiles 2 oder der Lagerung 24 der Handhabe 22 dienen können.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Armatur 1 nach der Erfindung in Form
eines Kugelhahnes 25, wobei wiederum für identische Bauteile gleiche Bezugszeichen
wie in den Figuren 1 und 2 verwendet wurden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
ist in dem Einsatz 16 aus dem an das Medium angepaßten Material ein aus ebenfalls
einem dem Medium angepaßten Material bestehender Ventileinsatz 26 nebst dazugehörigem
Kugelhahn 27 angeordnet. Hinsichtlich der weiteren Einzelheiten der Aufteilung zwischen
mechanisch festem Material und dem zu regelnden oder fördernden Medium angepaßten
Material wird auf die Beschreibung von Fig. 1 und 2 verwiesen.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen die Ausbildung einer Armatur 1 nach der
Erfindung als Verbindungsstück, wobei es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
um ein T-Stück handelt. Wie gezeigt ist hier ebenfalls der gesamte, mit dem medium
in Berührung kommende Bereich über die Medienleitungen 8, die Stoßringe 10 und den
Einsatz 16 gebildet, während sämtliche mechanischen Kräfte,wie beispielsweise die
Montagekräfte der Schraubnippel 9, von dem aus einem entsprechend mechanisch festen
Material hergestellten Gehäuseteil 5 aufgenommen werden.
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Der Gehäuseteil 5 enthält ferner auch die Bohrungen 28, die entweder
zur Montage des gesamten Verbindungsstückes 29 oder zur Zusammenfassung derartiger
Verbindungsstücke 29 zu Gruppen dienen können. Auf jeden Fall werden bei derartigen
Anwendungsfällen, bei denen es sich auch um Kreuzstücke, Einzelverbindungen oder
Armaturen zum Blindsetzen von Leitungen handelnkann, wiederum sämtliche mechanischen
Kräfte durch den Gehäuseteil 5 aufgenommen, während alle medienführenden Bereiche
aus einem entsprechend angepaßten Material ohne Berücksichtigung der mechanischen
Festigkeit hergestellt sein können.
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Fig. 8 zeigt noch in einer vergrößerten Schnittansicht nähere
Einzelheiten
der in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten Form der Verbindung'einer
Medienleitung 8 mit dem Gehäuseteil 5 bzw. dem Einsatz 16. Besonders wird in diesem
Zusammenhang darauf hingewiesen, daß aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verbindung dieser Art an den Anschlüssen ausgesprochen geringe Toträume entstehen,
welche beispielsweise bei medizinischen Analysegeräten als Bakterientaschen wirken
würden.
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Wie aus Fig. 8 ferner ersichtlich, kann, ohne Rücksicht auf das Medium
beispielsweise der Schraubnippel 9 aus einem leicht bearbeitbaren Buntmetall bestehen,
während der Gehäuseteil 5 ebenfalls aus einer leicht bearbeitbaren Aluminiumlegierung
bestehen kann, ohne daß in irgendeiner Form das zu leitende oder regelnde Medium
berücksichtigt werden muß. Dies bietet einerseits den Vorteil, daß für viele Anwendungsfälle
normierte Gehäuseteile 5 nebst Schraubanschlüssen verwendet werden können und daß
ferner auch ohne größere Kosten einfach eine Anpassung an seltene und ungewöhnliche
Anschlußarten der Schlauchleitungen 8 erfolgen kann.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann ferner erfindungsgemäß
in dem Gehäuse noch ein Sichtfenster vorgesehen sein, um derartige Armaturen 1 auf
Undichtigkeiten zu überprüfen.
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Armaturen nach dem Grundgedanken vorliegender Erfindung können jegliche
mögliche Form auch größerer Abmessungen aufweisen, insbesondere 2/2- und 3/2-Wegeventile,
Mehrwegeventile und Mehrstellungsventile, gleichgültig ob manuell, pneumatisch,
hydraulisch oder elektrisch betätigt, Drosselventile, Drosselrückschlagventile sowie
auch Verbindungsteile wie sie beispielhaft in Fig. 6 und 7 veranschaulicht sind.
Wie bereits erwähnt kann es auch vorteilhaft sein, den Grundgedanken der Erfindung
bei Haushalts- und Badezimmerarmaturen zu verwirklichen um dort beispielsweise bei
Verkalkung lediglich den Einsatz 16 auszutausche ohne daß die ganze Armatur abgebaut
werden
muß.
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Sämtliche aus der Beschreibung, den Anspruche und Zeichnungen hervorgehenden
Merkmalesund Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und
räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.