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Druckmittelbetätigtes Membranventil Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes
Membranventil, dessen in einem Gehäuse eingespannte und konisch ausgebildete Membran
sich an einem zentrisch zur Membran angeordneten Stutzkörper abstützt, welcher Oeffnungen
zur Abströmseite hin besitzt.
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Druckmittelbetätigte Membranventile dieser Art sind bekannt.
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In der Geschlossenstellung eines solchen Membranventiles t'erden die
Öffnungen von der Membran abgedeckt. Der Eingangsdruck wird auf die Außenseite der
Membran geschaltet, diese also on den Druckkräften gegen die Öffnungen im Stützkörper
gepreßt.
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Für den Offnungsvorgang wird der Druck auf der Außenseite der Membran
abgebaut. Unter der Wirkung des Innendruckes hebt sich die Membran vom Stützkörper
ab; die Uffnungen werden freigegeben und das Medium kann vom Eingangs- in den Ausgangsraum
überströmen.
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Bei der konisch ausgebildeten Membran mit einem entsprechend gestalteten
Stützkörper ist es jedoch nicht ausgeschlossen, daß sich die Membran unter der Einwirkung
der entsprechenden Druckkräfte verschiebt. Ist das aber der prall, dann besteht
die Gefahr, daß das Membranventil nicht sicher absch@@eß@.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein druckmittelbetätigtes
Membranventil zu schaffen, dessen in einem Cehäuse eingespannte und konisch ausgebildete
Membran sich nicht verschieben kann. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht,
daß der Kgelwinkel der spannungslosen Membran und derjenige des Stützkörpers eine
Größe aufweist, die eine Selbst hemmung der Membran am Stützkörper ergibt.
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Handelt es sich dabei um eine Gummimembran und besteht der Stützkörper
aus Stahl, dann muß der Kegelwinkel gleich oder kleiner als 290 sein. Das ergibt
sich daraus, daß der Kegelwinkel nicht größer sein darf als der Reibungswinkel.
Im einzelnen ergibt sich folgende Rechnung: = Kegelwinkel 3 = Reibungswinkel # #
# oder mit tan # = µ wenn µ der Reibungskoeffizient ist.
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Daraus folgt weiter = arc tan p µ = 0,55 (Gummi/Stahl) also « = arc
tan 0,55 t C 29° Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der Stützkörper
eine umlaufende Dichtleiste, die in Bezug auf den zugeordneten Membrandurchmesser
ein Ubermaß aufweist.
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Diese Gestaltung ergibt eine genaue definierte Dichtstelle, an der
die Membran mit einer gewissen Vorspannung aufliegt und so für den dichten Abschluß
Sorge trägt. Im übrigen liegt die Membran spannungsfrei auf dem Stützkörper auf.
Dadurch, daß
nur die Dichtleiste im DurCflmesser größer ist als
die korrespondierende Stelle der Membran ergibt sich eine größere spezifische Schließkraft.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung entspricht im drucklosen
Zustand die Innenkontur der Membran unmittelbar hinter dcr Dichtleiste nicht der
Außenkontur des Stützkörpers, so daß ein umlaufender Hohlraum zwischen Membran und
Stützkörper entstcht.
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Im einzelnen ist die Ausbildung dabei so getroffen, daß sich am Stützkörper
hinter der Dichtleiste zwei konische Flächen unterschiedlicher Neigung anschließen,
wobei die in Strömungsrichtung erste Fläche einen kleineren Kegelwinkel in Bezug
auf die Mittelachse des Stützkörpers besitzt als die zweite Fläche.
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Zweckmäßig ist der Kegelwinkel der ersten konischen Fläche um 5 -
10° kleiner als der Winkel, mit dem die Innenkontur der drucklosen Membran auf die
zweite konische Fläche abfällt.
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Dieser Alembranabfallwinkel ist von der Cröße der Membrandehnung,
der Membrandicke und der Membranqualität abhängig. Er wird zweckmäßig für eine gegebene
Membran auf experimentell em Wege ermittelt.
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Durch die Schaffung eines umlaufenden Hohlraumes zwischen der Membran
und dem Stützkörper wird erreicht, daß bei Aufgabe eines Eingangsdruckes auf die
Außenseite der Membran die Membran fest auf die zwei konischen Flächen gepreßt wird,
so daß dadurch die spezifische Schließkraft der Membran iter gesteigert wird.
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In der Zeichnung ist das Membranventil in einer beispiels ; eisen
Ausführungsform dargestellt.
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Fig.1 zeigt das druckmittelbetätigte Membranventil insgesamt in seiner
prinzipiellen Ausführung; Fig.2 zeigt den Stützkörper mit der Membran im drucklosen
Zustand; Fig.3 zeigt den Stützkörper mit der Membran, die von außen mit Druck beaufschlagt
ist.
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In Fig. 1 ist das Gehäuse des druckmittelbetätigten Membranventiles
mit 1 bezeichnet, das die Eingangsseite 2 und die Aus@angsseite 3 aufweist.
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Die Ausgangsseite 3 ist von der Eingangsseite 2 durch das insgesamt
mit 4 bezeichnete Membranventil getrennt, das druckmittel betätigt ist und dessen
konische Membran 5 mit dem Abschlußdeckel 6 bei 7 eingespannt ist.
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Die Membran 5 umschließt einen zentrisch zu ihr angeo@dneten insgesamt
mit 8 bezeichneten Stützkörper, in dem Öffnungen 9 angeordnet sind, durch die bei
geöffnetem Membranventil 4 das Medium von der Eingangsseite 2 zur Ausgangsseite
3 strömt. Die Membran 5 und der Stützkörper 8 sind kegelförmig ausgebildet.
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Der Stützkörper 8 besitzt eine Dichtleiste 10, die mit der maß ausgeführt
ist, so daß dieN1embran San dieser Stelle mit einer gewissen Vorspannung auf der
Dichtleiste 10 aufliegt.
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Im iibrigen liegt die Membran 5 ohne Spannung auf dem Stützkörper
8 auf. (vergl. Fig. 2) In Strömungsrichtung hinter der Dichtleiste 10 befinden sich
die Öffnungen 9 im Stützkörper 8.
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[n der Geschlossenstellung des blembranventi Is 4 lastet der Eingangsdruck
auch im Raum 11 auf die Außenseite der Membran 5.
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Die Verbindung des Raumes 11 mit der Eingangsseite 2 ist über die
Leitung 12 mit der Drossel 13 gegeben. Die Vorspannung, mit der die Membran 5 die
Dicht 1 ei ste 10 umschließt und die Kraft, mit der der Druck im Raum 11 die Membran
5 gegen die öffnungen 9 im Sttitzkörper preßt, gewährleisten den dichten Abschluß
des Membranventils 4.
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Die spannungslose Membran 5 und der Stützkörper 8 besitzen in Bezug
auf die Mittelachse einen Kegelwinkeld α, der eine Selbsthemmung der Membran
am Stützkörper bedingt. Handelt es sich bei der Membran um Gummi und beim Stützkörper
um Stahl, dann muß dieser Winkel gleich oder kleiner als 29° sein. Die in Achsrichtung
wirkenden Kräfte werden in diesem Falle durch den Reibschluß aufgefangen, so daß
eine Längsverschiebung der Membran 5 ausgeschlossen und die Memb rane inspannung
7 entlastet ist.
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Unmittelbar in Strömungsrichtung hinter der Dichtleiste 10 ist die
Ausbildung des Stützkörpers 8 so getroffen, daß sich zwei konische Flächen unterschiedlicher
Neigung anschließen, nämlich einmal die Fläche 17 und zum anderen die Fläche 18
(Fig. 2).
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Dadurch entspricht im drucklosen Zustand der Membran 5 die Innenkontur
der Membran nicht der Außenkontur des Stützkörpers 8, so daß sich ein Hohlraum 16
zwischen Membran 5 und Stützkörper 8 ergibt.
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Im einzelnen ist die Ausbildung dabei so getroffen, daß die in Strömungsrichtung
erste Fläche 17 einen kleineren Kegelwinkel besitzt als die sich daran anschließende
zweite Fläche 18.
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@ie Ver#suche ergeben haben, soll der Kegelwinkel n der ersten konischen
Fläche 17 um 5 - 10° kleiner sein als der Winkel γ, mit dem die Innenkontur
der drucklosen Membran 5 von der Dichtleiste 10 auf die zweite konische Fläche 18
abfällt.
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Die spezifische Schließkraft, mit der die Membran 5 die Dichtleiste
10 umschließt, wird noch dadurch erhöht, daß die Membran 5 nach Aufgabe des Eingangsdruckes
auch unmittelbar hinter der Dichtleiste 10 gegen den Stützkörper 9 gepreßt wird
(Fig. 3).
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Für den Öffnungsvorgang wird der Druck hinter der Drossel 13 und damit
im Raum 11 über ein am Ende 14 der Leitung 17 angeordnetes Element (Magnetventil,
Regler oder dergleichen) unter das Eingangsdruckniveau abgesenkt. Der jetzt auf
der Innenseite 15 der Membran 3 höhere Druck (Eingangsdruck) bläht die Membran 5
auf. Sie wird von der Dicht leiste 10 iind Jen öffnungen 9 im Stützkörper 8 abgehoben,
so daß der Drossel querschnitt freigegeben wird.