DE3912917A1 - Tellerfederventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membran-Ventil zum Einsatz in Pumpein­ richtungen mit Betätigung durch beim Förderhub entstehende Druck­ unterschiede zwischen seiner Ober- und Unterseite.

Es sind Ventile bekannt, bei denen eine Platte durch Biegekräfte eine Zulauföffnung abdichtet bzw öffnet. In DE 37 13 430 A1 wird ein derartiges Plattenventil gezeigt. Ein grundsätzliches Problem derartiger Ventile ist die Schaffung eines ausreichenden Ablauf­ querschnittes bei beengtem Bauraum. Bei obiger Anmeldung wird diese Aufgabe dadurch angegangen, daß zwei U-Schlitze durch eine federnd aufgehängte Platte mit zwei jedem U-Schlitz zugeordnetem Ausgang zusammenarbeiten. Diese Lösung hat einen großen Platzbe­ darf; die sich öffnenden Querschnitte sind nicht groß besonders in Anbetracht des großen Bauaufwandes, und die Dichtigkeit gegen Rückströmung ist schwierig sicherzustellen, da zwei breite mecha­ nisch stark beanspruchte Flächen über lange Zeit sich in ihren Berührungsebenen nicht verformen dürfen. Besonders bei Kleinpumpen ist eine derartige Lösung nicht einsetzbar und erfordert Kugel­ ventile mit allen ihren Nachteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine große Durchfluß­ menge bei kleinen Durchflußwiderständen und kleinen Bauabmessun­ gen bietende Ventillösung zu schaffen.

Die Lösung soll sich ferner durch eine gute Dichtwirkung, eine hohe Betriebssicherheit bei einfachstem Einbau und Wartungsfrei­ heit auszeichnen. Die Herstellungskosten sollen dabei niedrig sein.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Dichtung als Tellerfeder ausgebildet ist, diese zwischen der Dichtfläche und einem Anschlag angeordnet ist und bei Betätigung den Anschlag als Schwenklager nutzt.

Die Tellerfederform gestattet es, die Dichtheit durch hohe Kan­ tenpressung an den Rändern der Tellerfeder sicher zu erreichen. Bei einem Einbau mit Vorspannung ist bei Verschleiß eine selbst­ tätige Nachstellung der Dichtung gegeben. Ihre Tellerhöhe ermög­ licht die Schaffung eines Freiraums über dem Zulauf, so daß beim Öffnen des Ventils über dem Zulauf große Ablaufquerschnitte ge­ schaffen werden können mit entsprechend kleinen Durchflußwider­ ständen. Dies bedeutet kleine Bauabmessungen. Ein weiterer Vor­ teil ist die ungewöhnliche Eigenschaft der Tellerfeder bei ent­ sprechender Auslegung während des Durchfederns über einen Teil des Federweges stark abnehmende Federkraft zu haben. Dies kann gut genutzt werden, um im Dichtbereich eine höhere Anpressung als in der Durchflußstellung zu haben. Die Membran läßt sich so aus­ legen, daß der volle Durchfluß durch kleinere Öffnungskräfte als die der Dichtstellung erreicht und offengehalten wird; nach Rück­ kehr in die Schließstellung dichtet die Tellerfedermembran die Durchflußöffnung wieder mit einer höheren Anpreßkraft ab. Im Bereich der Dichtanlage stellt sich die Tellerfeder bei Ver­ schleiß selbsttätig praktisch ohne Änderung der Dichtkraft bei richtiger Ausnutzung ihrer Federkennung nach.

Desgleichen bedarf es durch die drehsymmetrische Membranform kei­ ner Winkelfestlegung gegenüber der Dichtfläche, da sie in jeder Winkelzuordnung einen sicheren Betrieb gewährleistet.

Eine besondere Eigenschaft der Tellerfeder ist ihre radiale Ver­ formung beim Federn. Dies kann für einen einfachen, kostengünsti­ gen Einbau dadurch zunutze gemacht werden, daß die Dichtung in ihrer Anschlaglage federnd eingeführt wird.

Bei sehr großen Durchströmungsmengen und weicher Feder besteht die Möglichkeit, daß die Dichtung in eine instabile Lage über die einer ebenen Platte hinaus verformt wird und nicht oder nur zö­ gernd in die Dichtstellung zurückspringt bei nachlassendem Durch­ fluß. Dies ist besonders bei Tellerfedern aus Kunststoff mit Ver­ formungshysterese möglich. Zur Verhinderung derartiger Stellungen kann vorgesehen sein, daß der Anschlag den möglichen Schwenkweg der Tellerfeder-Wand begrenzt.

Eine zuverlässige Transportsicherung ist häufig notwendig. Hierzu kann vorgesehen sein, daß der auslaßseitige Ventilträger die Ver­ bindung zum Ventil absperrt.

Für kleine Ventilabmessungen sind Kunststoffmembrane zweckmäßig. Bei einer solchen Lösung bietet es sich an, daß die Dichtung mit dem Anschlag fest verbunden oder einteilig ausgebildet ist. Bei einem dünnwandigen Anschluß der Membran anschlagseitig kann die­ ser die Verformung der Membran gut aufnehmen und damit das Ventil in seiner Wirkung nicht behindern. Zusätzlich helfen die bei ei­ ner derartigen Lösung am Ansatz entstehenden Biegespannungen beim Öffnen des Ventils, dieses in seine Schlußstellung zurückzufüh­ ren. Gleichzeit vermindert man eine mögliche Leckstelle.

In Abb. 1 ist eine membrangesteuerte Pumpeinrichtung dargestellt. Mit ihr kann selbstansaugend Vorrat (2) aus einem Behälter (1) entnommen und ausgegeben werden.

Die Pumpeinrichtung ist mit zwei Membranventilen (3, 4,) ausgerü­ stet, von denen das erstere (3) durch Überdruck im Arbeitstraum (5) geöffnet wird, um den Ausfluß freizugeben, und das zweite Ventil (4) durch Unterdruck im Arbeitsraum (5) geöffnet und den Einlaß für den Vorrat (2) über das Saugrohr (6) freigibt.

Zur Überdruckerzeugung wird Druck (7) auf die Schraubkappe (8) ausgeübt, den diese über das Gewindstück (9) am Auslaßansatz (10) auf den Faltenbalg (11) weitergibt, in dem dadurch ein Überdruck aufgebaut wird.

Durch die hierdurch erzeugte Druckkraft (17) wird nach Über­ schreiten der Anpreßkraft der tellerfederartig ausgebildeten Mem­ bran (12) auf die Dichtfläche (13) die Membran (12) abgehoben. Damit wird der Ausfluß für den Vorrat (2) freigegeben. Dieser (2) sammelt sich in dem aus Schraubkappe (8), Gewindestück (9) und Dichtfläche (13) gebildeten Sammelkammer (14) und wird durch den Auslaß (15) der Schraubkappe (8) in die Auslaßrinne (16) geführt. Der Faltenbalg (11) wird dabei zusammengedrückt. Wenn der Vor­ ratsstrom aufhört, legt sich die Membran (12) selbsttätig auf die Dichtfläche (13) und schließt den Auslauf.

Nach Aufheben der Druckkraft (17) auf die Pumpeinrichtung streckt sich der Faltenbalg (11) und erzeugt dadurch im Arbeitsraum (5) einen Unterdruck. Dieser öffnet das untere Ventil (4) durch Anhe­ ben der Membran (18). Der Unterdruck saugt dann über das Saugrohr (6) Vorrat (2) aus dem Behälter (1) in den Arbeitsraum (5). Nach Beendigung dieses Vorganges kann ein neues Arbeitsspiel beginnen. Die Membran (18) ist auf den Ventilträger (20) aufgeknöpft. Die­ ser sitzt auf der Dichtfläche (21) mit den Durchlässen (22). Durch diese Lösung wird die Bildung von Toleranzketten vermieden. Der an den Eingang des Faltenbalges (11) anschließende Dichtkra­ gen (23) hält das Ventil in Achsrichtung fest zum Vorratsbehälter (1).

In Abb. 2 ist das untere Ventil vergrößert dargestellt. Es wird gebildet aus der Membran (18), dem Ventilträger (10), der Dicht­ fläche (21) mit den Durchlässen (22) .

Der Ventilträger (20) hat eine Nut (23). Diese ist als unsymme­ trischer Schwalbenschwanz ausgebildet. In der Ruhestellung stützt sich hier die Vorspannung der Tellerfeder (18) zwischen Nut (23) und der Dichtfläche (21) ab. Durch die schmalen Auflageflächen der Tellerfeder entstehen große Anpressungen mit guten Dichtwir­ kungen. Bei Angriff einer Drucklast (24) gibt durch Verformung die Tellerfeder (18) den Zufluß frei. Durch die besondere Ausbil­ dung der Nut (23) kann sich die Tellerfederwand auf der oberen Seite (25) der Nut (23) abrollen und frei schwenken, bis zu auch auf die untere Nutseite (26) als Drehanschlag trifft. Dann kann ein weiteres Öffnen über eine Verformung der hochgedrückten Tel­ lerfeder (18 a) als Biegefeder erreicht werden, was sehr große Kräfte erfordert. Ein Überspringen der Tellerfeder wird dadurch sicher vermieden. Durch die tellerartige Membranform liegt über den Durchlässen (22) ein Freiraum (27), in dem der Vorrat (2) wi­ derstandsarm einströmt und bei geöffnetem Ventil mit großem Quer­ schnitt weiterfließen kann. Durch die Anordnung des Schwenkan­ schlages am Innendurchmesser der Tellerfeder (18) ergibt sich ein großer Austrittsumfang, der vervielfacht schon mit einer kleinen Spaltbreite (28) einen zügigen Zufluß des angesaugten Vorrats (2) in den Arbeitsraum (5) sicherstellt.

In Abb. 3 ist eine übliche Tellerfeder-Kennlinie gezeigt. Ihre Ausbildung gestattet es, eine höhere Dichtkraft (30) als Offen­ haltungskraft (31) bei größtem Öffnungsquerschnitt (28) vorzuse­ hen. Bei abnehmendem Ansaugunterdruck verbessert diese Eigen­ schaft den Füllungsgrad, da kleine Öffnungskräfte (24) das Ventil (4) offenhalten können. Die Dichtheit des Ventils (4) wird auch bei Verschleiß durch die selbsttätige Nachstellung bei nahezu gleichbeibender Anpreßkraft (30) über einen größeren Federweg si­ chergestellt.

In Abb. 4 ist eine parallele Lösung zu Abb. 2 angedeutet. Das Saugrohr (6), die Dichtfläche (21) und der Ventilträger (20) sind zu einem Hohlkörper zusammengefaßt. Dieser wird über eine Kegel­ fläche (34) an der Verlängerung des Faltenbalges (11) mittig zum Vorratbehäter (1) ausgerichtet und fest zur Abeichtung an diesen angedrückt.

Der Anschlag ist hier als V-Nut (34) ausgebildet.

Claims (5)

1. Membran-Ventil zum Einsatz in Pumpeinrichtungen mit Betä­ tigung durch beim Förderhub entstehende Druckunterschiede zwischen seiner Ober- und Unterseite, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtung als Tellerfeder (12, 18) ausgebildet ist, diese zwischen der Dichtfläche (3, 13, 23) und einem Anschlag (23, 25, 34) angeordnet ist und bei Betätigung den Anschlag (23, 25, 34) als Schwenklager nutzt.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12, 18) in ihrer Anschlaglage federnd einge­ führt wird.

3. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (23, 25, 34) den freien Schwenkweg der Teller­ feder-Wand begrenzt.

4. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auslaßseitige Ventilträger (33) die Verbindung (17) zum Ventil (3) absperrt.

5. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12, 18) mit dem Anschlag (23, 25, 34) fest verbunden oder einteilig ausgebildet ist.