DE3725590A1 - Membranventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Membranventilen ist es bekannt, den Hubteil vorzugsweise in der Mitte der Elastomermembran zu befestigen. Zum Schließen des Ventils kann die Elastomermembran durch axiales Verschieben des Hubteils, beispielsweise mittels einer schrauben­ förmigen Druckfeder, gegen den Ventilsitz dicht angepreßt werden. Zum Öffnen des Ventils kann der Hubteil beispielsweise mittels der Kraft eines Elektromagneten in entgegengesetzter Axialrichtung verschoben werden, wobei die Elastomermembran vom Ventilsitz abhebt und den Durchgang für das Medium freigibt. Wenn der Hubteil im Befestigungsbereich die Elastomermembran durchsetzt, besteht die Ge­ fahr einer Undichtigkeit und es muß bei aggressiven Medien dafür Sorge getragen werden, daß die medienberührten Befestigungsteile des Hubteils aus einem entsprechend resistenten Werk­ stoff hergestellt sind. Es ist auch denkbar, den Hubteil nicht durch die Elastomermembran hindurch­ zuführen, sondern mit dieser z.B. durch Kleben, Umgießen oder dergleichen zu verbinden. Eine derartige Befestigung ist jedoch fertigungs­ technisch aufwendig und birgt die Gefahr, daß bei hoher Schalthäufigkeit des Ventils durch auf­ tretende Scherbeanspruchungen im Klebfugenbe­ reich oder durch unterschiedliche Elastomer-Wand­ dicken im Befestigungsbereich Beeinträchtigungen durch Ablösen oder Rißbildung auftreten können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vor­ beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein gattungsgemäßes Membranventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß eine Befestigung des Hubteils mit der Elastomermembran eingespart werden kann und eine hohe Dauerfunktionstüchtigkeit auch bei überdurchschnittlich hoher Schalthäufigkeit ge­ währleistet ist.

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

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile und wesentliche Einzel­ heiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Bei­ spiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Membranventil in geschnittener Seitenansicht und

Fig. 2 eine Flachfeder des Membranventils der Fig. 1 in Draufsicht.

Das in der Zeichnung dargestellte erfindungsge­ mäße Membranventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit einem Grundkörper 3 und einer diesen ver­ schließenden Deckelplatte 4 auf. Der Grundkörper 3 besitzt für die Zuführung des Mediums einen Eingang 5 und einen sich an diesen anschließenden und in eine Ventilkammer 6 einmündenden Zuführ­ kanal 7, an dessen Endbereich ein bevorzugt in der Mitte des Grundkörpers 3 vorgesehener Ventilsitz 8 ausgebildet ist. Der Grundkörper 3 besitzt außerdem einen Abführkanal 9, der auf Abstand seitlich neben dem Zuführkanal 7 ausgebildet sein kann und von der Ventilkammer 6 zu einem Ausgang 10 führt, der zweckmäßig an der dem Eingang 5 gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers 3 vorge­ sehen sein kann.

Zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Membran­ ventils 1 kann dem Ventilgehäuse 2 ein elek­ trischer Magnetkopf 11 zugeordnet sein, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Deckel­ platte 4 aufsitzt. Der Magnetkopf 11 weist eine Elektrospule 12 und einen bolzenförmigen Hubteil 13 auf, der in einer bevorzugt in der Mittenachse 14 des Magnetkopfes 11 befindlichen zylindrischen Führung 15 axial verschiebbar gelagert ist. Im oberen Bereich des Hubteils 13 kann eine Aus­ nehmung 16 ausgebildet sein, in der eine Schraubenfeder 17 gelagert ist, die sich an einem Widerlager 18 des Magnetkopfes 11 abstützt und den Hubteil 13 nach unten in Richtung gegen den Ventilsitz 8 drückt. Bei eingeschaltetem Magnet­ kopf 11, also bei Stromfluß in der Elektrospule 12, wird ein Magnetfeld aufgebaut und der Hubteil 13 durch die Magnetkraft gegen die Kraft der Schraubenfeder 17 nach oben verlagert, so daß sich das untere Ende 19 des Hubteils 13, der die Deckelplatte 4 in einer Bohrung 20 durchsetzt, vom Ventilsitz 8 entfernt. Die Ventilkammer 6 ist nach oben hin mittels einer Elastomermembran 21 be­ grenzt, die bevorzugt als kreisförmige Scheibe ausgeführt sein kann. Die Elastomermembran 21 kann vorzugsweise aus einem sowohl temperatur-als auch medienbeständigen Werkstoff (beständig z.B. gegen Öle, Fette, Säuren, Laufen, Lösungsmittel, Wasserdampf) bestehen, wie Fluorkautschuk, Viton, Teflon, EPDM oder dergleichen. Die Elastomermembran 21 ist über die gesamte Fläche durchgehend geschlossen und weist keinerlei Durchbrüche oder ähnliches auf, so daß eine sichere Abschirmung des Mediums gewährleistet ist. Der mittlere Flächenteil der Elastomermembran 21 ist als gegen den Ventilsitz 8 an­ drückbare und somit den Durchgang des Mediums sperrende Dichtung 22 ausgebildet.

Außerdem ist im Ventilgehäuse 2 eine Flachfeder 23 vorgesehen, die etwa wie die Elastomermembran 21 als kreisförmige Scheibe ausgeführt ist und den gleichen Durchmesser aufweisen kann. Die Flachfeder 23 und die Elastomermembran 21 können in bevorzugter Ausführung zweckmäßig etwa gleich dick bzw. dünn sein.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Flachfeder 23 einen Außenring 24 und einen ringförmigen Innenteil 25 aufweist. Zwischen dem Außenring 24 und dem Innenteil 25 können vorzugsweise drei oder mehr Federstege 26 sich befinden, die mit dem einen Ende am Außenring 24 und dem anderen Ende am Innenteil 25 angeordnet sind. In der Flachfeder 23 sind Aussparungen 27 ausgebildet, die zwischen dem Außenring 24 und den Federstegen 26 sowie dem ringförmigen Innenteil 25 liegen. Die Breite der Aussparungen 27 kann vorteilhaft schmaler ausge­ führt sein als die Breite der Federstege 26 und/oder des Außenrings 24 sowie des Innenteils 25. Der Verlauf der Aussparungen 27 kann etwa winkelförmig bzw. L-förmig sein, wobei ein äußerer etwa viertelkreisbogenförmiger Aussparungsteil 28 zwischen dem Außenring 24 und dem Federsteg 26 sich befindet und ein innerer etwa viertelkreis­ bogenförmiger Aussparungsteil 29 zwischen dem Federsteg 26 und dem ringförmigen Innenteil 25 vorgesehen ist. Der innere Aussparungsteil 29 und der äußere Aussparungsteil 28 können über einen etwa radial verlaufenden Aussparungsteil 30 ver­ bunden sein.

Der Außenring 24, der Innenteil 25 und die Federstege 26 der Flachfeder 23 können bevorzugt materialeinheitlich einstückig aus einem dünnen, vorzugsweise annähernd folienförmigen Blech hergestellt sein. Der Werkstoff der Flachfeder 23 kann zweckmäßig ein Edelmetall, vorzugsweise rost- und säurebeständiger Edelstahl, sein. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Er­ findung, die Flachfeder 23 aus einem entsprechend sich federelastisch rückstellenden Kunststoff­ material herzustellen, das zudem bevorzugt sowohl gegen Temperaturbeanspruchungen als auch gegen aggressive Medien beständig ist. Bei einer Metall- bzw. Edelstahlausführung der Flachfeder 23 können die Aussparungen 27 vorteilhaft durch Ätzen hergestellt werden.

Die Federstege 26 der Flachfeder 23 können so aus­ gebildet und angeordnet sein, daß sie nicht radial, sondern im wesentlichen schräg verlaufen. Dadurch wird eine größere Länge der Federstege 26 erreicht, die größer ist als der Radius zwischen dem Innenteil 25 und dem Außenring 24, wodurch ein verhältnismäßig großer Federweg erreicht wird, wenn der Innenteil 25 gegenüber dem Außenring 24 beim axialen Verschieben des Hubteils 13 verlagert wird. In bevorzugter Ausführung können die zwischen dem Innenteil 25 und dem Außenring 24 im wesentlichen schräg verlaufenden Federstege 26 der Flachfeder 23 etwa als Viertelkreissegment ausgeführt sein.

Insbesondere der Fig. 2 ist zudem zu entnehmen, daß in der Mitte der Flachfeder 23 ein kreisring­ förmiger Durchbruch 31 ausgebildet ist, der vom ringförmigen Innenteil 25 umgrenzt ist. Die Fig. 1 zeigt, daß die Flachfeder 23 beim vor­ liegenden Ausführungsbeispiel vorteilhaft an der dem Hubteil 13 abgewandten unteren Seite 32 der Elastomermembran 21 angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, die Flachfeder 23 auf der gegenüberliegenden Seite der Elastomermembran 21 außerhalb der Ventilkammer 6 vorzusehen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung unterstützt die Flachfeder 23 die Elastomermembran 21 und drückt diese in Richtung gegen das Ende 19 des Hubteils 13. Aufgrund der Unterstützung durch die Flachfeder 23 erhält die Elastomermembran 21 eine höhere Standfestigkeit, wodurch auch bei hoher Wechselbeanspruchung bzw. Schalthäufigkeit eine lange Lebensdauer gewährleistet ist. Der Durchbruch 31 in der Flachfeder 23 ist, wie die Fig. 1 zeigt, so groß ausgebildet, daß in der Schließstellung der Ventilsitz 8 behinderungsfrei in den Durchbruch 31 hineinragen kann, so daß der Dichtteil 22 der Elastomermembran 21 mit der unteren Seite 32 zuverlässig abdichtend gegen den Ventilsitz 8 über den Hubteil 13 angedrückt werden kann. Der Durchmesser des Durchbruchs 38 kann dabei etwa dem Durchmesser des Hubteils 8 ent­ sprechen.

Die Elastomermembran 21 und die Flachfeder 23 können als getrennte Einzelteile ausgeführt sein, die bei der Montage des Ventilgehäuses 2 einfach aufeinandergelegt werden. Es kann allerdings auch günstig sein, die Flachfeder 23 und die Elastomer­ membran 21 als eine Baueinheit auszuführen. Zweckmäßig können die Elastomermembran 21 und die Flachfeder 23 dabei z.B. durch Kleben mitein­ ander verbunden sein. Durch eine baueinheitliche Ausführung kann die Montage deutlich vereinfacht und eine noch höhere Standfestigkeit erzielt werden.

Um die Elastomermembran 21 und die Flachfeder 23 sicher im Ventilgehäuse 2 zu positionieren und zu­ gleich eine Gehäuseabdichtung zu erzielen, kann es günstig sein, den Außenring 24 der Flachfeder 23 und den äußeren Umfangsrand 33 der Elastomermembran 21 zwischen der Deckelplatte 4 und dem Grundkörper 3 ringsum einzuspannen. Der Grundkörper 3 kann dazu eine winkelförmige Ringausnehmung aufweisen, in der der Außenring 24 und der Umfangsrand 33 sich befinden und die von einer Umfangswand 34 des Grundkörpers 3 begrenzt ist. Beim Verschließen des Ventilgehäuses 2 drückt die Deckelplatte 4 auf den Umfangsrand 33 der Elastomermembran 21, bis sie auf der Stirnfläche der Umfangswand 34 zur Anlage gelangt. Durch das definierte Zusammendrücken des Umfangsrandes 33 der Elastomermembran 21 wird eine zuverlässige Abdichtung der Ventilkammer 6 und des Gehäuses 2 erreicht.

Der Endteil 19 des Hubteils 13 liegt einfach an der der unteren Seite 32 gegenüberliegenden Oberseite 35 der Elastomermembran 21 an. Eine Befestigung ist nicht erforderlich. Vor allem kann auf eine sogenannte Durchverbindung, bei der z.B. der Hubteil 13 oder entsprechende Be­ festigungsschrauben oder dergleichen die Elastomermembran 21 durchsetzen, in vollem Umfang verzichtet werden, so daß eine deutliche Ein­ sparung bei der Herstellung und eine höhere Dichtfunktion gewährleistet ist, da wegen des befestigungsfreien einfachen Aneinanderliegens des Hubteils 13 und der Elastomermembran 21 Leckagen weitgehend unterbunden sind. Wenn der Hubteil 13 über den Magnetkopf 11 angehoben wird, drückt die in Richtung nach oben vorgespannte Flachfeder 23 die Elastomermembran 21 ebenfalls nach oben, wodurch der Ventilsitz 8 freigegeben wird und das Medium vom Zuführkanal 7 durch die Ventilkammer 6 und den Abführkanal 9 zum Ausgang 10 gelangen kann. Beim Ausschalten des Magnet­ kopfes 11 drückt die Schraubenfeder 17 den Hubteil 13 gegen die Kraft der Flachfeder 23 in Richtung nach unten, bis der Dichtteil 22 der Elastomer­ membran 21 am Ventilsitz 8 zur Anlage kommt, so daß das Ventil geschlossen und der Durchgang für das Medium abgesperrt ist.

Claims (12)

1. Membranventil (1) für gasförmige und/oder flüssige, insbesondere aggressive Medien mit einer über einen Hubteil (13) gegen einen Ventilsitz (8) verlagerbaren Elastomermembran (21), dadurch ge­ kennzeichnet, daß an mindestens einer Seite (32) der durchgehend geschlossenen Elastomermembran (21) eine diese in Axialrichtung des Hubteils (13) verlagerbare Flachfeder (23) angeordnet ist.

2. Membranventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die bevorzugt aus korrosions- und säurebeständigem Metall bestehende scheibenförmige Flachfeder (23) an der dem Ventil­ sitz (8) zugewandten Seite (32) der Elastomer­ membran (21) in Richtung gegen den Hubteil (13) drückend angeordnet ist.

3. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomermembran (21) und die an deren Seite (32) flächenbündig anliegende und unterstützende Flachfeder (23) etwa gleich dick sind.

4. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Seite (32) der Elastomermembran (21) anliegende Flachfeder (23) von innen nach außen sich erstreckende Federstege (26) und dazwischen bevorzugt durch Ätzen gebildete Aussparungen (27) aufweist.

5. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flach­ feder (23) und die Elastomermembran (21) etwa kreisscheibenförmig ausgebildet sind.

6. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder­ stege (26) mit dem einen Ende an einem Innenteil (25) und dem anderen Ende an einem Außenring (24) der Flachfeder (23) angeordnet sind.

7. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder­ stege (26) derart schräg verlaufen, daß sie länger sind als der Radius zwischen dem Innenteil (25) und dem Außenring (24) der Flachfeder (23).

8. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder­ stege (26) der Flachfeder (23) zwischen dem Innenteil (25) und dem Außenring (24) etwa kreissegmentförmig angeordnet sind.

9. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenteil (25) und dem Außenring (24) der Flachfeder (23) mindestens drei Federstege (26) angeordnet sind.

10. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Innen­ teil (25) der Flachfeder (23) ein Durchbruch (31) für den Ventilsitz (8) ausgebildet ist.

11. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flach­ feder (23) mit der Elastomermembran (21) bauein­ heitlich verbunden ist.

12. Membranventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ ring (24) der Flachfeder (23) zusammen mit einem Umfangsrand (33) der Elastomermembran (21) zwischen zwei Ventilkörperteilen (3, 4) dicht ein­ gespannt ist.