DE3546117C1 - Two-layer diaphragm for a diaphragm valve - Google Patents

Two-layer diaphragm for a diaphragm valve

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Abstract

A description is given of a two-layer diaphragm for a diaphragm valve, both layers (3, 4) of which consist of PTFE. Such a diaphragm is suitable, in particular, for use in the chemical engineering industry. <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einer zweischichtigen Membran mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention is based on a two-layer membrane with those specified in the preamble of claim 1 Characteristics.

Membranventile sind Absperrventile, bei denen der ab­ dichtende Teil als Membran ausgeführt ist. Beim Schließen wird die Membran durch einen Spindeltrieb elastisch auf eine Dichtfläche im Gehäuse gedrückt und versperrt den Durchgang durch das Gehäuse. Die Membran ist dabei längs ihres Randes zwischen dem Hauptteil des Gehäuses, in welchem der abzusperrende Durchgang verläuft, und einer Haube, in welcher sich die Spindel befindet, fest einge­ spannt und dichtet dabei das Gehäuse an dieser Stelle nach außen ab.Diaphragm valves are shut-off valves in which the from sealing part is designed as a membrane. While closing the membrane is elasticized by a spindle drive pressed a sealing surface in the housing and blocks the Passage through the housing. The membrane is longitudinal its edge between the main body of the case, in which the passage to be blocked runs, and one Hood, in which the spindle is located, firmly inserted tensions and seals the housing at this point to the outside.

Die Membran eines Membranventils besteht üblicherweise aus Gummi, welches durch eine Gewebeeinlage verstärkt ist.The membrane of a membrane valve usually consists of Rubber, which is reinforced by a fabric insert.

Bei Membranventilen, welche für die Verwendung in der chemischen Verfahrenstechnik bestimmt sind, ist auch be­ kannt, Gummimembranen einzusetzen, die auf ihrer Vorder­ seite mit Polytetrafluoräthylen (PTFE) beschichtet sind. Die Vorderseite der Membran ist jene Seite, die auf die Gehäusedichtfläche gedrückt wird. Die PTFE-Beschichtung schützt die Gummimembran vor der Einwirkung aggressiver Medien.For diaphragm valves, which are for use in the chemical process engineering are also determined knows to use rubber membranes on their front side are coated with polytetrafluoroethylene (PTFE). The front of the membrane is the side that faces the Housing sealing surface is pressed. The PTFE coating protects the rubber membrane more aggressively  Media.

Eine bekannte Membran für ein Membranventil mit einer Nennweite von 50 mm hat einen Durchmesser von 105 mm (einschließlich des Randes an dem sie eingespannt wird, und besteht aus einer 5 mm dicken Gummischicht, auf deren Vorderseite eine 2 mm dicke PTFE-Schicht aufvulkanisiert ist. Die Gummischicht ist durch eine Gewebeeinlage ver­ stärkt und weist in der Mitte der Membran einen ver­ dickten Abschnitt auf, in welchem ein Zapfen mit einem flachen Kopf so verankert ist, daß der Kopf vollständig im Gummi eingebettet ist und der Zapfen mit einem Teil seiner Länge zur Rückseite aus der Membran herausragt. Der herausragende Abschnitt des Zapfens weist ein Gewinde auf, mit dessen Hilfe er mit der Spindel des Membran­ ventils verbunden werden kann.A known membrane for a membrane valve with a Nominal size of 50 mm has a diameter of 105 mm (including the edge where it is clamped, and consists of a 5 mm thick rubber layer, on the Vulcanized on the front of a 2 mm thick PTFE layer is. The rubber layer is ver through a fabric insert strengthens and shows a ver in the middle of the membrane thickened section in which a pin with a flat head is anchored so that the head is complete is embedded in the rubber and the pin with a part its length protrudes from the membrane to the rear. The protruding portion of the pin is threaded on the help of which he with the spindle of the membrane valve can be connected.

Bei der bekannten Membran ist nachteilig, daß sie nur bis zu einer Temperatur von etwa 120°C verwendet werden kann, weil sich der Gummi nicht für höhere Temperaturen eignet. In der chemischen Verfahrentechnik sind höhere Temperaturen als 120°C in den strömenden Medien zwar selten, aus Gründen der Betriebssicherheit ist aber eine höhere Temperaturbeständigkeit der Membranen in den Ab­ sperrventilen erwünscht.The known membrane has the disadvantage that it is only can be used up to a temperature of about 120 ° C can because the rubber is not suitable for higher temperatures is suitable. In chemical engineering, there are higher ones Temperatures than 120 ° C in the flowing media rare, for operational safety reasons it is higher temperature resistance of the membranes in the Ab check valves desired.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Membran liegt darin, daß sie aus zwei Werkstoffen besteht, die sich in ihren Eigenschaften wesentlich unterscheiden, insbesondere unterschiedliches elastisches Verhalten zeigen. Eine solche Membran ist nach gegenwärtigem Kenntnisstand nur funktionsfähig, wenn die PTFE-Schicht verhältnismässig dünn gehalten wird, jedenfalls wesentlich dünner als die aus Gummi bestehende Hauptschicht der Membran. Es besteht deshalb die Gefahr,dass die PTFE-Schicht ins­ besondere bei Verwendung in Medien, in denen Partikel mitgeführt werden, frühzeitig verschleißt und durch­ lässig wird. Ist aber die PTFE-Schicht an einer Stelle durchlässig geworden, führt das sehr rasch zu einem vollständigen Versagen der Membran, da die aggressiven Medien dann den Verbund zwischen dem Gummi und dem PTFE schwächen und den Gummi unmittelbar angreifen können.Another disadvantage of the known membrane is that that it consists of two materials that are in their  Differentiate properties significantly, in particular show different elastic behavior. A according to the current state of knowledge, such a membrane is only functional if the PTFE layer is proportionate is kept thin, at least much thinner than the main membrane layer made of rubber. It there is therefore a risk that the PTFE layer ins especially when used in media in which particles carried along, wears out early and through becomes casual. But is the PTFE layer in one place Becoming permeable quickly leads to one complete failure of the membrane since the aggressive Then media the bond between the rubber and the Weaken PTFE and attack rubber immediately can.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Membran liegt darin, daß sie wegen ihres zweischichtigen Aufbaus mit Gummi auf der Rückseite und PTFE auf der Vorderseite stärker strapaziert wird als eine nur aus Gummi bestehende Membran und nicht so viele Lastwechsel aushält wie eine nur aus Gummi bestehende Membran, bevor sie reißt oder bricht.Another disadvantage of the known membrane is that that because of their two-layer construction with rubber stronger on the back and PTFE on the front is stressed as a membrane made only of rubber and cannot withstand as many load changes as one can Rubber existing membrane before it tears or breaks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die Verwendung in der chemischen Verfahrenstechnik besonders geeignete Membran zu schaffen, die sich durch eine ver­ besserte Temperaturbeständigkeit und erhöhte Lebensdauer auszeichnet.The invention has for its object one for Use in chemical process engineering in particular  to create a suitable membrane, which is ver improved temperature resistance and increased service life distinguished.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Membran mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by a membrane with the Claim 1 specified features. Advantageous next Formations of the invention are the subject of the dependent claims.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Membran beide Schichten aus PTFE bestehen, wird ihre Temperaturbeständig­ keit durch die Temperaturbeständigkeit des PTFE selbst bestimmt, welche wesentlich höher ist als die von Gummi. Ein weiterer Vorteil der neuen Membran liegt darin, daß sie durch Verschleiß nicht so rasch unbrauchbar wird wie eine bekannte Membran, die nur auf ihrer Vorderseite eine relativ dünne PTFE-Schicht hat. Besonders hervorzuheben ist jedoch, daß die neue Membran wesentlich mehr Be­ tätigungen aushält als eine Gummimembran, welche auf ihrer Vorderseite mit PTFE beschichtet ist: Im Versuch wurde ermittelt, daß eine erfindungsgemäße Membran ungefähr 20mal so oft betätigt werden kann, wie Gummimembranen, die auf ihrer Vorderseite mit PTFE beschichtet sind, be­ vor sie reißen oder brechen. Es wird vermutet, dass dieses überraschende Ergebnis nicht nur darin seine Ursache hat, daß die Membran sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite aus demselben Werkstoff PTFE besteht, sondern auch darin, daß die Membran - obwohl sie auf der Vorder­ seite wie auf der Rückseite aus PTFE besteht - zweischichtig ausgebildet ist. Es wird angenommen, daß die beim Be­ tätigen der Membran in ihrem Innern auftretenden Zug- und Druckspannungen geringer sind als in einer einschichtigen Membran mit denselben Abmessungen.The fact that both in the membrane of the invention Layers are made of PTFE, their temperature is resistant due to the temperature resistance of the PTFE itself determines which is significantly higher than that of rubber. Another advantage of the new membrane is that it does not become unusable as quickly due to wear and tear as a well-known membrane that has only one on its front has a relatively thin PTFE layer. Of particular note is, however, that the new membrane Be much more endures as a rubber membrane, which on your Front is coated with PTFE: In the experiment determined that a membrane according to the invention approximately Can be operated 20 times as often as rubber membranes, which are coated on their front with PTFE, be tear or break in front of them. It is believed that this surprising result not only has its cause that the membrane on both the front and on the back is made of the same material PTFE, but also in that the membrane - although it is on the front  side as on the back is made of PTFE - two layers is trained. It is believed that the Be operate the membrane occurring in its interior tensile and Compressive stresses are lower than in a single layer Membrane with the same dimensions.

Diese Vorzüge der erfindungsgemäßen Membran bewirken eine längere Lebensdauer und eine größere Sicherheitsreserve als bei bekannten Membranen.These advantages of the membrane according to the invention bring about longer life and a larger safety reserve than with known membranes.

Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Membran liegt darin, daß sie sich auch hervorragend zum Einsatz in Leitungen eignet, in denen zeitweise auch Unterdruck herrscht; die Membranen sind hinreichend steif und fest, um auch einem solchen Unterdruck standhalten zu können.Another advantage of the membrane according to the invention is in that they are also excellent for use in Pipes suitable, in which at times also negative pressure prevails; the membranes are sufficiently stiff and firm, to withstand such a vacuum.

Die beiden Schichten der Membran sind vorzugsweise gleich dick; das hat den Vorteil, daß die beiden Schichten in der neutralen Zone der Membran aneinandergrenzen, wo die Druck- und Zugspannungen am geringsten sind, was sich positiv auf die Lebensdauer der Membran auswirkt.The two layers of the membrane are preferably the same thick; this has the advantage that the two layers in the neutral zone of the membrane, where the The compressive and tensile stresses are the least, which is what has a positive effect on the life of the membrane.

Da eine direkte Verbindung zweier PTFE-Schichten mitein­ ander schwierig ist, sind die beiden Schichten der er­ findungsgemäßen Membran zweckmässigerweise miteinander verklebt. Den Kleber wählt man danach aus, daß er die angestrebte hohe Temperaturbeständigkeit erbringt. Vor­ zugsweise verwendet man einen Schmelzkleber mit ent­ sprechend hoher Schmelztemperatur. Geeignet sind Schmelz­ kleber auf der Basis fluorierter, thermoplastischer Kunststoffe, beispielsweise FEP (fluoriertes Äthylen- Propylen); besonders geeignet sind PFA-Kunststoffe (Per­ fluoralkoxy-Kunststoffe). Über die Zwischenschicht aus dem Schmelzkleber, welche wesentlich dünner sein soll als die PTFE-Schichten, vorzugsweise nicht dicker als 0,5 mm, können sich mechanische Spannungen zwischen den beiden PTFE-Schichten teilweise ausgleichen.Because a direct connection between two PTFE layers what is difficult is the two layers of it membrane according to the invention expediently with one another  glued. The glue is then selected so that it is desired high temperature resistance. Before preferably a hot melt adhesive with ent speaking high melting temperature. Enamel is suitable glue based on fluorinated, thermoplastic Plastics, e.g. FEP (fluorinated ethylene Propylene); PFA plastics (Per fluoroalkoxy plastics). Over the intermediate layer from the hot melt adhesive, which are much thinner should be thicker than the PTFE layers, preferably not than 0.5 mm, there can be mechanical stresses between partially compensate for the two PTFE layers.

Der zweischichtige Aufbau der Membran ist auch vorteil­ haft für das Verankern eines Zapfens in der Membran, mit dessen Hilfe sie im Ventil betätigt wird. Der flache Kopf, mit welchem ein solcher Zapfen üblicherweise in der Membran verankert wird, kann bei der erfindungs­ gemäßen Membran nämlich zwischen den beiden PTFE-Schichten liegen, insbesondere, wenn diese gleich dick sind. Bei den bekannten Gummimembranen mit der PTFE-Schicht auf der Vorderseite war es nicht möglich, den Zapfen mit seinem flachen Kopf zwischen der Gummischicht und der PTFE- Schicht zu verankern, weil die PTFE-Schicht wesentlich dünner war als die Gummischicht; bei diesen bekannten Ventilen mußte der flache Kopf des Zapfens vielmehr vollständig in den Gummi eingebettet werden, was einen zusätzlichen Arbeitsgang erforderte. Bei der erfindungs­ gemäßen Membran kann der Zapfen im selben Arbeitsgang, in dem die beiden PTFE-Schichten miteinander verbunden werden, in der Membran verankert werden. So unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Membranen von den bekannten zweischichtigen Membranen vorteilhaft nicht nur in ihrem Verhalten, sondern auch im Herstellaufwand. Ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Membran geht aus von PTFE-Folien, aus denen zwei runde Scheiben ausgeschnitten werden. In eine der beiden Scheiben wird ein zentrales Loch geschnitten und durch dieses Loch der Zapfen hindurchgesteckt. Dann legt man die beiden Scheiben unter Zwischenfügen einer aus dem Schmelzkleber bestehenden Folie aufeinander und bringt sie in eine beheizbare Preß­ form, in welcher sie unter Druck- und Temperatureinwirkung thermoplastisch umgeformt und gleichzeitig miteinander ver­ bunden werden. In der Preßform erhält die Membran ihre vor­ gesehene Gestalt. Als Ausgangsmaterial für die PTFE- Schichten verwendet man vorzugsweise PTFE-Folien, die durch Aufschneiden von extrudierten PTFE-Rohren erhalten werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich damit Membranen herstellen lassen, die eine längere Lebensdauer haben als Membranen, die aus PTFE-Schälfolien hergestellt werden. Aus demselben Grunde wird es auch bevorzugt, bei der Herstellung der PTFE-Folien nicht von einem PTFE- Granulat auszugehen, sondern von PTFE-Pulver, welches in an sich bekannter Weise mit einem Öl zu einer Paste verrührt und dann zu dem Rohr extrudiert wird.The two-layer structure of the membrane is also advantageous is responsible for anchoring a pin in the membrane, with the help of which it is operated in the valve. The area Head with which such a pin is usually in the membrane is anchored in the Invention according membrane between the two PTFE layers lie, especially if they are the same thickness. At the well-known rubber membranes with the PTFE layer on the Front it was not possible to use the cone with his flat head between the rubber layer and the PTFE Anchoring layer because the PTFE layer is essential was thinner than the rubber layer; with these known  The flat head of the spigot had to valve be completely embedded in the rubber, which one additional operation required. In the invention according to the membrane, the pin can be carried out in the same operation, by connecting the two PTFE layers together be anchored in the membrane. So differentiate the membranes according to the invention differ from the known ones two-layer membranes advantageous not only in their Behavior, but also in manufacturing costs. A special one suitable method for producing an inventive Membrane starts from PTFE films, from which two round ones Slices are cut out. In one of the two panes a central hole is cut and through that hole the pin is inserted. Then you put the two discs with the interposition of one consisting of the hot melt adhesive Foil on top of each other and bring them into a heatable press form in which they are under the influence of pressure and temperature thermoplastic formed and at the same time ver be bound. The membrane receives its pre in the press mold seen shape. As the starting material for the PTFE Layers are preferably made of PTFE films obtained by cutting extruded PTFE tubes will. It has been shown that with that Have membranes made that last longer have as membranes made from PTFE peeling films will. For the same reason, it is also preferred to  the manufacture of the PTFE films not from a PTFE Granulate, but from PTFE powder, which in a manner known per se with an oil to a paste stirred and then extruded into the tube.

In den beigefügten Zeichnungen istIn the accompanying drawings

Fig. 1 ein Längsschnitt durch ein Membranventil mit einer erfindungsgemäßen Membran, und Fig. 1 is a longitudinal section through a membrane valve with a membrane according to the invention, and

Fig. 2 zeigt die Membran aus Fig. 1 als Detail vergrößert im Radialschnitt. Fig. 2 shows the membrane of Fig. 1 as an enlarged detail in radial section.

Fig. 1 zeigt ein Membranventil, dessen Gehäuse 1 innen mit einer Beschichtung 2 aus einem PFA-Kunststoff ausge­ kleidet ist. Seitlich am Gehäuse 1 ist eine Haube 6 ange­ flanscht, in welcher eine Spindel 7 gelagert ist, welche durch ein Handrad 8 betätigt werden kann. Im Innern der Haube 6 befindet sich am Ende der Spindel ein sternförmig ausgebildetes Druckstück 5 mit einer zentralen Gewinde­ bohrung, in welche ein mit einem Außengewinde versehener Zapfen 9 einer Membran 10 eingedreht ist, welche mit ihrem Rand zwischen der Haube 6 und dem seitlichen Gehäuseflansch 11 fest eingespannt ist. Fig. 1 zeigt das Membranventil in seiner offenen Stellung. Durch Verdrehen des Handrades 8 kann die Membran bis zum Anliegen an einer gegenüber­ liegenden Gehäusedichtfläche 12 einwärts gedrückt werden. Fig. 1 shows a diaphragm valve, the housing 1 is clad inside with a coating 2 made of a PFA plastic. On the side of the housing 1 , a hood 6 is flanged, in which a spindle 7 is mounted, which can be operated by a handwheel 8 . Inside the hood 6 is at the end of the spindle a star-shaped pressure piece 5 with a central threaded bore into which an externally threaded pin 9 of a membrane 10 is screwed, which has its edge between the hood 6 and the lateral housing flange 11 is firmly clamped. Fig. 1 shows the diaphragm valve in its open position. By turning the handwheel 8 , the membrane can be pressed in until it lies against an opposite housing sealing surface 12 .

Die Membran 10 besteht aus zwei im wesentlichen gleich dicken PTFE-Schichten 3 und 4, welcher durch eine dünne Zwischenschicht 13 aus einem Schmelzkleber, vorzugs­ weise aus einem PFA-Kunststoff, fest miteinander verbunden sind.The membrane 10 consists of two substantially equally thick PTFE layers 3 and 4 , which are firmly connected by a thin intermediate layer 13 made of a hot melt adhesive, preferably made of a PFA plastic.

Der Zapfen 9 hat einen flachen Kopf 14, welche zwischen den beiden PTFE-Schichten 3 und 4 verankert ist. Ein solches Membranventil kann bei Temperaturen von mindestens 260°C in aggressiven Medien, wie sie in der chemischen Verfahrenstechnik üblich sind, eingesetzt werden.The pin 9 has a flat head 14 , which is anchored between the two PTFE layers 3 and 4 . Such a diaphragm valve can be used at temperatures of at least 260 ° C in aggressive media, as are common in chemical process engineering.

Claims (11)

1. Zweischichtige Membran für ein Membranventil, in welche ein der Betätigung des Ventils dienender Zapfen eingebettet ist, der auf der Rückseite der Membran aus dieser herausragt, und welche auf ihrer Vorderseite eine PTFE-Schicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schichten (3,4) der Membran (10) aus PTFE bestehen.1. Two-layer membrane for a membrane valve, in which a pin serving to actuate the valve is embedded, which protrudes from the back of the membrane, and which has a PTFE layer on its front, characterized in that both layers ( 3 , 4 ) the membrane ( 10 ) consist of PTFE. 2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schichten (3, 4) i.w. gleich dick sind. 2. Membrane according to claim 1, characterized in that both layers ( 3 , 4 ) are iw of the same thickness. 3. Membran nach Anspruch 1 oder 2, in welcher der Zapfen mit einem flachen Kopf verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kopf (14) zwischen den beiden Schichten (3, 4) liegt.3. Membrane according to claim 1 or 2, in which the pin is anchored with a flat head, characterized in that this head ( 14 ) lies between the two layers ( 3 , 4 ). 4. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre beiden Schichten (3, 4) miteinander ver­ klebt sind.4. Membrane according to claim 1, characterized in that its two layers ( 3 , 4 ) are stuck together ver. 5. Membran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Schmelzkleber ist.5. Membrane according to claim 4, characterized in that the adhesive is a hot melt adhesive. 6. Membran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein fluorierter, thermoplastischer Kunststoff ist.6. Membrane according to claim 5, characterized in that the glue is a fluorinated, thermoplastic Is plastic. 7. Membran nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber aus PFA besteht.7. Membrane according to claim 6, characterized in that the adhesive is made of PFA. 8. Membran nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Schmelzkleber be­ stehende Zwischenschicht (13) wesentlich dünner ist als die PTFE-Schichten (3, 4), vorzugsweise nicht dicker als 0,5 mm. 8. Membrane according to one of claims 4 to 7, characterized in that the intermediate layer ( 13 ) consisting of the hot-melt adhesive is substantially thinner than the PTFE layers ( 3 , 4 ), preferably not thicker than 0.5 mm. 9. Verfahren zum Herstellen einer Membran nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei runde Scheiben aus PTFE-Folie ausgeschnitten werden, in eine der beiden Scheiben ein zentrales Loch geschnitten, durch dieses Loch der Zapfen hindurchgesteckt und dann die bei­ den Scheiben unter Zwischenfügen einer aus dem Schmelz­ kleber bestehenden Folie aufeinandergelegt und in einer beheizbaren Preßform unter Druck- und Temperatureinwirkung thermoplastisch umgeformt und miteinander verbunden wer­ den.9. A method for producing a membrane according to claim 3 and 5, characterized in that two round Slices of PTFE film are cut out into one of the cut a central hole through both discs put this hole through the pins and then the at the slices with one from the enamel in between glue existing foil on top of each other and in one heatable press mold under the influence of pressure and temperature thermoplastic formed and connected to each other the. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial PTFE-Folien verwendet werden, die durch Aufschneiden von extrudierten PTFE- Rohren erhalten werden.10. The method according to claim 9, characterized in that used as the starting material PTFE films made by cutting extruded PTFE Pipes can be obtained. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die PTFE-Rohre als Rohmaterial PTFE-Pulver verwendet wird, welches mit einem Öl zu einer Paste ver­ rührt und dann zu dem Rohr extrudiert wird.11. The method according to claim 10, characterized in that for the PTFE tubes as raw material PTFE powder is used, which ver with a oil to a paste stirred and then extruded to the tube.
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