DE3933747A1 - Membranventil - Google Patents

Description

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

Bei einem aus der DE-OS 34 10 839 bekannten Membranven­ til dieser Art ist ein Elektromagnet für die Betätigung eines Pilotventils vorgesehen. An dem Ventilsitz des Pilotventils ist ein starres Rohr angeordnet, das sich senkrecht nach unten zu einer gegen einen Hauptventil­ sitz anpreßbaren Membran erstreckt. An einem die Mem­ bran stützenden Verstärkungselement ist ein sich nach oben erstreckendes Rohrstück angeordnet, welches das andere Rohr übergreift und auf diesem axial gleitbar geführt ist. Außerdem ist eine aus einem gummiartigen Material bestehende Dichtungskappe vorgesehen, die das Rohrstück und das Rohr dicht umschließt und auf letz­ terem gleitend gelagert ist. Durch das Rohr und das Rohrstück ist eine Verbindung zwischen dem Auslaß des Ventilkörpers und der Ventilkammer des Pilotventils für das Medium gebildet. Beim Öffnen und Schließen der Membran verschieben sich das Rohrstück und die Dich­ tungskappe auf dem Rohr, wobei durch die enge Führung und den Dichtschluß der Gleitteile verhältnismäßig große Reibkräfte zu überwinden sind, so daß für die Betätigung des Membranventils entsprechend große Betä­ tigungskräfte erforderlich sind. Außerdem ist die Her­ stellung der Teleskoprohrausbildung aufwendig und es besteht die Gefahr einer Undichtigkeit und somit Funk­ tionsbeeinträchtigung durch Verschleiß der dynamischen Abdichtung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Membran­ ventil der eingangs beschriebenen Art mit den Merkma­ len des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend wei­ terzubilden, daß mit einfachen Mitteln eine leichte Betätigung sowie eine dauerhaft sichere Funktion und kostengünstige Herstellung erzielt wird.

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

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile und wesentliche Einzelheiten der Er­ findung sind den Merkmalen der Unteransprüche, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu ent­ nehmen, die in schematischer Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Membranventil in ge­ schnittener Seitenansicht und

Fig. 2 das Membranventil gemäß Fig. 1 in geschnittener Draufsicht.

Das in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Membranventil 1 weist einen Ventilkörper 2 auf, der einen Unterteil 3 und einen Oberteil 4 besitzen kann, die über Schrauben 5 miteinander verbunden sind. In dem Unterteil 3 des Ventilkörpes 2 ist an der einen (linken) Seite ein Einlaß 6 für ein flüssiges oder gasförmiges Medium ausgebildet. An der dem Einlaß 6 gegenüberliegenden Seite des Unterteils 3 befindet sich ein Auslaß 7. Etwa in der Mitte des Unterteils 3, also zwischen dem Einlaß 6 und dem Auslaß 7, ist ein Ventilsitz 8 angeordnet.

In einer Ebene über dem Ventilsitz 8 befindet sich eine Membran 9, die aus einem gummielastischen Werk­ stoff bestehen kann. Die Membran 9 kann mit einem wulstförmigen Umfangsrand 10 etwa in der Teilungsebene 11 des Ventilkörpers 8 zwischen dem Unterteil 3 und dem Oberteil 4 dicht eingespannt sein. In der darge­ stellten Schließstellung liegt die Dichtfläche 12 der Membran 9 am Ventilsitz 8 an. Auf der der Dichtfläche 12 gegenüberliegenden Seite der Membran 9 liegt ein Membranteller 13 an, der einen Vorsprung 14 aufweist, der die Membran 9 durchsetzt und in den Ventilsitz 8 hineinragt. In dem Membranteller 12 und dessen Vor­ sprung 13 ist eine zum Auslaß 7 führende Bohrung 15 für das Medium ausgebildet.

In dem Oberteil 4 des Ventilkörpers 2 kann eine ver­ hältnismäßig flache, kreisförmige Kammer 16 vorgesehen sein, deren Tiefe wesentlich kleiner als der Kammer­ durchmesser sein kann. Die Kammer 16 ist durch die Wandung des Oberteils 4 und gegenüber dem Unterteil 3 durch die Membran 9 begrenzt. Die Kammer 16 und der Einlaß 6 sind durch eine Ausgleichsöffnung 17 verbun­ den, die in der Membran 9 und dem Membranteller 13 ausgebildet sein kann.

In der oberen Wand 18 des Ventilkörperoberteils 4 kann ein Pilotventil 19 vorgesehen sein, das einen in der Wand 18 ausgebildeten Ventilraum 20, einen Pilotven­ tilsitz 21 und einen den Ventilraum 20 mitbegrenzenden Dichtkörper 22 aufweist, der in der dargestellten Schließstellung am Pilotventilsitz 21 anliegt und an einem axial verlagerbaren Anker 23 eines Elektroma­ gneten 24 angeordnet sein kann. Der Elektromagnet 24 kann ein Ankerführungsrohr 25, eine im Anker 23 axial gelagerte Schließfeder 26, einen axial über dem Anker 23 vorgesehenen Kern 27, eine Elektrospule 28 sowie eine darüber befindliche Scheibe 29 und Befestigungs­ mutter 30 aufweisen. Das Ankerführungsrohr 25 besitzt einen Gewindeteil 31, der in eine Gewindebohrung der Oberteilwand 18 eingeschraubt werden kann, und einen Bund 32, der gegen einen in einer Nut der Wand 18 ge­ lagerten Dichtring 33 angelegt ist. Außerdem ist in der Wand 18 des Ventilkörperoberteils 4 ein vorzugs­ weise als Bohrung ausgeführter Mediendurchgang 34 aus­ gebildet, der eine Verbindung zwischen der Kammer 16 und dem Ventilraum 20 darstellt.

Wie der Zeichnung weiterhin klar zu entnehmen ist, be­ findet sich in der Kammer 16 ein flexibler Schlauch 35, der eine Verbindung zwischen dem Auslaß 7 und dem Ventilraum 20 darstellt. Statt des Schlauches 35 kann es bei verschiedenen Anwendungen auch günstig sein, einen flexiblen Faltenbalg als Verbindung zwischen dem Ventilraum 20 und dem Auslaß 7 anzuordnen. Der Verbin­ dungschlauch 35 kann aus einem Kunststoff bestehen, der gegenüber dem Medium resistent ist. In bevorzugter Ausführung kann der Verbindungsschlauch 35 aus einem Silikonkautschuk hergestellt sein, der eine hohe Fle­ xibilität und Temperaturfestigkeit besitzt und außer­ dem gegenüber vielen Medien neutral ist. Es kann je­ doch auch vorteilhaft sein, den Verbindungsschlauch 35 aus einem bevorzugt nichtrostenden Metall, wie Chromnickelstahl, herzustellen, wobei es zweckmäßig sein kann, den Verbindungsschlauch 35 zur Erhöhung der Flexibilität als Wellschlauch auszubilden. Insbe­ sondere bei einem aus Kunststoff hergestellten Verbin­ dungsschlauch 35 kann es günstig sein, den Verbin­ dungsschlauch 35 mit einer Stützspirale zu versehen, so daß eine hohe Festigkeit gegen einen hohen Über­ druck des Mediums gegeben ist. Die Stützspirale kann in der Wand des Verbindungsschlauches 35 integriert sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Stützspi­ rale als Schraubenfeder auszubilden und in den Verbin­ dungsschlauch 35 einzuschieben, so daß die Schlauch­ wandung bei einem in der Kammer 16 vorherrschenden Überdruck an der innenliegenden Stützspirale abge­ stützt ist.

Das mit dem Pilotventilsitz 21 verbundene Ende des Verbindungsschlauches 35 kann an einem Winkelstück 36 angeschlossen sein, das in der Wand 18 des Oberteils 4 befestigt ist und sich an ein Bohrloch 37 anschließt, das sich durch den Pilotventilsitz 21 erstreckt. Der in die Kammer 16 ragende freie Schenkel des Winkel­ stücks 36, auf den das Ende des Verbindungsschlauches 35 aufgeschoben ist, verläuft etwa parallel zur Wand 18 des Ventilkörperoberteils nach rechts, wie der Aus­ laß 7. Das andere Ende des Verbindungsschlauches 35 ist ebenfalls an einem Winkelstück 38 angeschlossen, das jedoch mit seinem einen Schenkel am Membranteller 13 befestigt ist und sich an die Bohrung 15 anschließt. Die Befestigungsschenkel der beiden Winkelstücke 36, 38 sowie das Bohrloch 37 und die Bohrung 15 sind koaxial zueinander angeordnet. Der freie Schenkel des am Mem­ branteller 13 befestigten Winkelstücks 38, auf den das andere Ende des Verbindungsschlauches 35 aufgeschoben ist, erstreckt sich ebenfalls parallel zur Ebene der Kammer 16, jedoch in entgegengesetzter Richtung zum Aufnahmeschenkel des anderen Winkelstücks 36, also nach links zum Einlaß 6. Daraus folgt, wie die Fig. 1 und 2 deutlich zeigen, daß der Verbindungsschlauch 35 etwa kreisförmig gebogen in der Kammer 16 angeord­ net ist, wobei das dem Pilotventilsitz 21 zugeordnete Ende des Verbindungsschlauches 35 etwas höher liegt als das am Winkelstück 38 angeschlossene andere Ende des Verbindungsschlauches 35, so daß der Verlauf des Schlauches 35 auch in etwa spiralförmige ist. Außerdem ist zu erkennen, daß durch diese spezielle Anordnung die Länge des Verbindungsschlauches 35 wesentlich größer ist als der Abstand zwischen dem Pilotventil­ sitz 21 und dem Membranteller 13. Dadurch ist in axi­ aler Bewegungsrichtung der Membran 9 eine ausgespro­ chen hohe Flexibilität des Verbindungsschlauches 35 gegeben, da dieser bei einer Hubbewegung der Membran 9 lediglich äußerst geringe Ausbiegungen quer zu sei­ ner Längsrichtung ausführt.

Da der Elektromagnet 24 bei der dargestellten Ventil­ stellung nicht eingeschaltet ist, befindet sich das Magnetventil 1 in der Schließposition. Dabei liegt die Membran 9 an dem Ventilsitz 8 an, wodurch ein Durch­ fluß des Mediums vom Einlaß 6 zum Auslaß 7 unterbunden ist. Außerdem liegt der Dichtkörper 22 an dem Pilot­ ventilsitz 21 an, wodurch die Verbindung zwischen dem Ventilraum 20 und dem Auslaß 7 über das Bohrloch 37, den Verbindungsschlauch 35 und die Bohrung 15 eben­ falls unterbunden ist.

Die Membran 9 wird aufgrund der auf ihren beiden Sei­ ten vorherrschenden unterschiedlichen Drücke gegen den Ventilsitz 8 gedrückt. In der Kammer 16 liegt näm­ lich der gleiche Mediendruck vor wie im Einlaß 6, da zwischen der Kammer 16 und dem Einlaß 6 die Ausgleichs­ öffnung 17 besteht. Demgegenüber ist der Mediendruck am Auslaß 7 geringer als am Einlaß 6. Die Druckdiffe­ renz kann etwa 0,3 bis 10 bar betragen.

Beim Einschalten des Elektromagneten 24 wird das Mem­ branventil 1 geöffnet. Dabei wird der Anker 23 gegen die Kraft der Schließfeder 26 axial in Richtung gegen den Kern 27 verlagert, wobei der Dichtkörper 22 vom Pilotventilsitz 21 abhebt. Dadurch wird die über die Bohrung 15, den Verbindungsschlauch 35, das Bohrloch 37, den Ventilraum 20 und den Mediendurchgang 34 ver­ laufende Verbindung zwischen dem Auslaß 7 und der Kam­ mer 16 hergestellt. Dadurch fällt der Druck des Me­ diums in der Kammer 16 ab, so daß er geringer ist als am Einlaß 6. Aufgrund dieser Druckdifferenz wird nun die Membran 9 durch den höheren Mediendruck des Ein­ lasses 6 vom Ventilsitz 8 abgehoben, so daß dieser freigegeben wird und die Verbindung zwischen dem Ein­ laß 6 und dem Auslaß 7 hergestellt ist. Während der Bewegung der Membran 9 wird ein Teil des Verbindungs­ schlauches 35 quer zur Schlauchlängsrichtung etwas nach oben verlagert. Das heißt, die dynamische Bean­ spruchung des Verbindungsschlauches 35 ist äußerst gering, so daß eine dauerhafte Funktionstüchtigkeit gewährleistet ist.

Wenn der Elektromagnet 24 ausgeschaltet wird, fällt der Anker 23 vom Kern 27 ab und wird mittels der Schließfeder 26 nach unten gedrückt, so daß der Dicht­ körper 22 den Pilotventilsitz 21 verschließt. Dadurch wird die Verbindung zwischen der Kammer 16 und dem Auslaß 7 über den Verbindungsschlauch 35 unterbrochen. Daraufhin stellt sich in der Kammer 16 wieder der am Einlaß 6 vorherrschende Mediendruck ein, während an der dem Auslaß 7 zugwandten Seite der Membran 9 ein niedrigerer Druck herrscht, so daß die Membran 9 wie­ der gegen den Ventilsitz 8 in die Schließposition ge­ drückt wird und den Mediendurchfluß vom Einlaß 6 zum Auslaß 7 unterbindet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Ventil äußerst leichtgängig betätigbar ist, da der Verbindungsschlauch 35 die Schaltbewegung der Membran kaum beeinträchtigt, so daß die Membranfunk­ tion schon bei sehr geringen Druckdifferenzen voll zum Tragen kommt. Zudem kann die Verbindung zwischen dem Ventilraum 20 und dem Auslaß 7 sehr einfach und ko­ stengünstigt hergestellt werden, indem lediglich der Verbindungsschlauch 35 auf die Winkelstücke 36, 38 auf­ geschoben wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die feste Verbindung der Schlauchenden mit den Winkelstücken 36, 38 keine dynamische und damit verschleißanfällige, sondern statische Abdichtung ge­ geben ist, die keinem Verschleiß unterliegt.

Claims (10)

1. Membranventil (1) mit einem Ventilkörper (2), einem Einlaß (6) und einem Auslaß (7) für ein Medium, einer gegen einen Ventilsitz (8) andrückbaren Membran (9), die eine auf der dem Einlaß (6) und dem Auslaß (7) so­ wie dem Ventilsitz (8) gegenüberliegenden Seite vor­ gesehene Kammer (16) mitbegrenzt und eine den Einlaß (6) und die Kammer (16) verbindende Ausgleichsöffnung (17) aufweist, einem gegen einen Pilotventilsitz (21) andrückbaren Dichtkörper (22), der einen Ventilraum (20) mitbegrenzt, der über einen Mediendurchgang (34) mit der Kammer (16) verbunden ist, und einer zwischen dem Aus­ laß (7) und dem Ventilraum (20) durch die Membran (9) und den Pilotventilsitz (21) vorgesehene Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung als flexi­ bler Schlauch (35) oder Faltenbalg ausgebildet ist.

2. Membranventil nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Verbindungs­ schlauches (35) an einem Membranteller (13) bevorzugt in der Mitte der Membrane (9) und das andere Schlauch­ ende am Pilotventilsitz (21) bevorzugt koaxial ange­ schlossen ist.

3. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ schluß des Verbindungsschlauches (35) als Winkelstück (36, 38) ausgebildet ist.

4. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verbindungsschlauches (35) größer ist als der Ab­ stand zwischen dem Pilotventilsitz (21) und dem Membran­ teller (13).

5. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ bindungsschlauch (35) in der Kammer (16) des Ventil­ körpes (2) angeordnet ist.

6. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ bindungsschlauch (35) zwischen seinen Endanschlüssen mindestens eine Biegung aufweist.

7. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ bindungsschlauch (35) etwa kreis- oder spiralförmig in der Kammer (16) angeordnet ist.

8. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ bindungsschlauch (35) aus einem Kunststoff, vorzugswei­ se Silikonkautschuk, hergestellt ist.

9. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in der Wand des Verbindungsschlauches (35) eine Stütz­ spirale vorgesehen ist.

10. Membranventil nach einem oder mehreren der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ bindungsschlauch (35) als Wellschlauch ausgebildet ist und bevorzugt aus einem nichtrostenden Metall besteht.