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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Membranventil, das dazu verwendet
werden kann, einen Strömungsweg
für ein
Fluidrohr zu öffnen
und zu verschließen,
wie verschiedene Flüssigkeits-Rohre in der Lebensmittelindustrie,
der pharmazeutischen Industrie und dergleichen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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8 zeigt
ein konventionelles Membranventil. Das Membranventil ist durch Fixierung
eines umfänglichen
Kantenabschnitts an einer Oberflächenseite
einer Membran 4, die gegenüber eines Ventilsitzes 3 angeordnet
ist, der wiederum eines Ventilkörpers 1 angeordnet
ist, auf einem ringförmigen
Membranbefestigungssitz 2 konstruiert, der auf einem Seitenwandabschnitt 1a des
Ventilkörpers zum Öffnen und
zum Verschließen
eines Strömungswegs
durch Bewegung der Oberflächenseite
der Membran 4 auf den Ventilsitz 3 hin und von
diesem weg durch Antrieb in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
eines Betätigungsschafts
eines Ventilbetriebsabschnitts 5 vorgesehen, der mit einer
zentralen Position an einer rückwärtigen Oberflächenseite der
Membran 4 verbunden ist. Der Ventilbetriebsabschnitt 5 ist
innerhalb eines Luftzylinders ausgebildet. Eine Kolbenstange des
Luftzylinders dient als Betätigungsschaft.
Der Luftzylinder ist am Ventilkörper 1 über eine
Halterung 8 befestigt.
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Wie
in 8 gezeigt, ist im konventionellen Membranventil
der umfängliche
Kantenabschnitt der Membran 4 an dem Membran-Befestigungssitz 2 durch
Verklemmung des umfänglichen
Kantenabschnitts der Membran zwischen dem Membran-Befestigungssitz
und eine Halterungs-Befestigungsflansch 6 des Ventilbetriebsabschnitts 5 und
durch Anziehen von vier Bolzen 7 durch den Flansch 6 hindurch,
den umfänglichen
Abschnitt der Membran 4 und den Befestigungssitz 2 fixiert.
Wenn die Anzugskraft der Bolzen 7 gering ist, hat eine
den umfänglichen
Abschnitt der Membran auf dem Befestigungssitz niederdrückende Kraft
den Nachteil, eine Leckage einer Flüssigkeit zu bewirken. Wenn
die Anzugskraft der Bolzen 7 zu groß ist, wird die Kraft zum Niederdrücken der
Umfangskante der Membran lokal in dem Abschnitt um die Bolzen 7 herum
groß,
um Spalten zwischen der Membran 4 und dem Befestigungssitz 2 zwischen
benachbarten Bolzen 7 auszubilden und somit eine Leckage
der Flüssigkeit
zu bewirken. Daher ist die Einstellung der Anzugskraft schwierig. Darüber hinaus
kann ein persönlicher
Fehler beim Betrieb signifikante Schwierigkeiten beim geeigneten Fixieren
des Umfangsabschnitts der Membran 4 auf dem Membran-Befestigungssitz 2 bewirken.
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Auf
der anderen Seite besteht, wie dies in 9 gezeigt
ist, die Membran aus einer Oberflächenseitenmembran 4a aus
einem etwa 1 mm dicken Fluorin enthaltenden Harz mit erhöhter chemischer Widerstandsfähigkeit,
hoher Wasserwiderstandsfähigkeit
und Oberflächenschlupfeigenschaften,
wie etwa Teflon (Polytetrafluorethylen, eingetragene Handelsmarke
von Du Pont), und einer hinteren Oberflächenseitenmembran 4b,
die auf der rückseitigen
Oberfläche
aufgesetzt ist und aus Gummi gefertigt ist und die Oberflächenseitenmembran 4a stützt. Die
Gummi-Rückoberflächenseitenmembran 4b bewirkt
eine geringe thermische Expansion und thermische Schrumpfung als
Reaktion auf Temperaturunterschiede. Auf der anderen Seite weist
die Oberflächenseitenmembran 4a aus
einem Fluorin enthaltenen Harz wie etwa Teflon die Eigenschaft auf,
bei einer bestimmten Temperatur zu expandieren und eine Schrumpfung
bei höherer
Temperatur zu bewirken. Daher wird eine ausreichende Schrumpfungsspanne W
für einen
umfänglichen
Kantenabschnitt der Oberflächenseitenmembran 4a,
die an dem Befestigungssitz 2 des Ventilkörpers 1 befestigt
werden muss, vorgesehen.
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Das
bedeutet, dass, wie dies in 10 gezeigt
ist, auf dem oberflächenseitigen
Umfangskantenabschnitt der Oberflächenseitenmembran 4a ein ringförmiger Grat 9 entlang
des umfänglichen
Kantenabschnitts zur Erhöhung
des Abdichteffekts mit dem Membran-Befestigungssitz 2 und
dem Ventilsitz 3 ausgebildet ist. Ebenso wird ein linearer
Grat 10, der sich in diametraler Richtung des ringförmigen Grats 9 für den Ventilsitz
erstreckt, vorgesehen. Ein Spalt zwischen dem ringförmigen Grat 9 zum
Bewirken einer Abdichtung zwischen der Membran 4 und dem
Membran-Befestigungssitz und einer innere Endkante des Membran-Befestigungssitzes 2 ist
die Schrumpfungspanne W. Somit wird, wie dies aus 9 ersichtlich
ist, dann, wenn die Schrumpfungsspanne W breit ist, ein Spalt S
zwischen der Oberfläche
ausgebildet und die Flüssigkeitskontaktoberfläche der
Oberflächenseitenmembran
und die Sitzoberfläche
des Membran-Befestigungssitzes 2 wird tief, um die Tendenz
der Penetration und des Einfangens von Flüssigkeit hierin zu erhöhen und
somit Schwierigkeiten beim Waschen zu bewirken. Wenn die Flüssigkeit
ein Lebensmittel wie etwa Milch ist, wird dies leicht unhygienisch.
Es sollte angemerkt werden, dass in 10 das
Bezugszeichen 4c Bolzen-Einsetzlöcher zeigt,
die an vier Ecken der Membran 4 vorgesehen sind.
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Die
US 4,901,751 beschreibt
ein Fluid-Steuerungs-Ventilsystem mit Leckage-Detektionseigenschaften
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen Anspruchs
1. Darüber
hinaus beschreibt die
FR-A-2740873 einen
Sensor, der ein Paar Elektroden enthält, die in eine trockene chemische
Mischung eingesetzt sind, die innerhalb eines Gehäuses gespeichert
ist. Dieser Zusammenbau wird bei Absorption einer Flüssigkeit
durch die trockene chemische Mischung in eine elektrolytische Zelle
transformiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben dargestellten
Probleme gemacht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Membranventil, das einen umfänglichen
Kantenabschnitt auf einer Oberflächenseite
einer Membran fixiert, die gegenüber
einem Ventilsitz innerhalb eines Ventilkörpers angeordnet ist und einen
Betätigungsschaft
eines Ventilbetriebsabschnitts antreibt, der mit einem zentralen
Abschnitt auf einer hinteren Oberflächenseite der Membran verbunden
ist, in axialer Richtung zurück
und nach vorne, um an die Oberflächenseite
einer Membran in Bezug auf den Ventilsitz zum Öffnen und Verschließen eines
Strömungsdurchgangs
anzustoßen
und die Oberflächenseite wieder
freizugeben:
einen Sensorkörper
inklusive eines abgedichteten Gehäuses, das mit einer Infiltrationsmembran
in einem Teil ausgebildet ist, der das Hindurchtreten einer Flüssigkeit
von außen
nach innen des abgedichteten Gehäuses
ermöglicht
und der das Austreten der Flüssigkeit
von innen nach außen
des abgedichteten Gehäuses
nicht erlaubt, ein starkes Elektrolyt, das in dem abgedichteten
Gehäuse
eingefüllt
ist, ein Paar von Elektroden, die innerhalb des abgedichteten Gehäuses einander
gegenüberliegend
angeordnet sind, wobei der Sensorkörper an einer Position vorgesehen
ist, wo die Infiltrationsmembran mit der zur Rückseite der Membran ausleckenden
Flüssigkeit
in Kontakt kommen, sowie eine Detektionsschaltkreis zum Detektieren
eines leitfähigen
Zustands zwischen den Elektroden innerhalb des abgedichteten Gehäuses.
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Vorzugsweise
kann die Membran aus einer Oberflächenseitenmembran aus einem
Fluorin enthaltenden Harz und einer rückwärtigen Oberflächenseitenmembran
aus Gummi bestehen, welches auf die rückwärtige Seite der Oberflächenseitenmembran
nominiert ist, sowie eine Leckage-Anzeigeleitung, welche in der rückwärtigen Oberflächenseitenmembran
vorgesehen ist.
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Andere
Ziele werden aus der im Anschluss angegebenen Diskussion deutlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständig aus der detaillierten
Beschreibung verständlich,
die im Anschluss unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angegeben ist, welche jedoch nicht in
Bezug auf die vorliegende Erfindung als beschränkend angesehen werden sollte, sondern
lediglich zur Erläuterung
und zum Verständnis
angegeben ist.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
halbgeschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform eines Membranventils,
welche nicht sämtliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung umfasst;
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2 eine
Ansicht von unten auf das Membranventil aus 1;
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3A eine Vorderansicht der Membran;
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3B ein Schnitt entlang der Linie X-X aus 3A;
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4 ein
vergrößerter Teilschnitt
des in 1 gezeigten Membranventils;
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5 eine
in Längsrichtung
halb geschnittene Vorderansicht eines Membranventils mit einem manuell
betreibbaren Ventilbetriebsabschnitts, welche nicht sämtliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung umfasst;
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6 eine
halb geschnittene Vorderansicht eines Membranventils mit einem Leckage-Detektionssensor
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7 ein
vergrößerter Teilschnitt
des in 6 gezeigten Membranventils;
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8 eine
vergrößerte teilweise
geschnittene Vorderansicht eines konventionellen Membranventils;
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9 eine
vergrößerte Teilansicht
des in 8 gezeigten konventionellen Membranventils; und
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10 eine
Vorderansicht des konventionellen Membranventils.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine in Längsrichtung
halb geschnitten Vorderansicht der bevorzugten Ausführungsform
des Membranventils, die nicht sämtliche Merkmale
der vorliegenden Erfindung umfasst, und 2 ist eine
Bodenansicht hiervon. In den 1 und 2 kennzeichnen
die Bezugszeichen 11 einen zylindrischen Ventilkörper. An
einem zentralen Abschnitt in Längsrichtung
des Ventilkörpers 11 ist ein
hervorstehender Dammabschnitt 23 vorgesehen, der als Ventilsitz 13 dient.
Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen Membran-Befestigungssitz
zum Befestigen eines umfänglichen
Kantenabschnitts an einer Oberflächenseite
einer Membran 14. Der Membran-Befestigungssitz 12 ist an
einem Seitenwandabschnitt 11a des Ventilkörpers 11 ausgebildet. An
der Innenseite des Membran-Befestigungssitzes 12 sind
Ventilöffnungen 21a und 22a,
die an gegenüberliegenden
Seiten über
den Dammabschnitt 23 hinaus ausgebildet sind, die in Wirkverbindung
mit den Einlass- und Auslass-Rohrabschnitten 21 und 22 stehen.
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Die
Membran 14 ist aus einer Oberflächenseitenmembran 14a,
die aus einem Fluorin enthaltenden Harz ausgebildet ist, und einer
rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 14b,
die aus einem Gummi gefertigt ist und auf einer rückwärtigen Oberflächenseite
der Oberflächenseitenmembran 14a aufgesetzt
ist, zusammengesetzt. Beide Membrane 14a und 14b sind
mit einem Verbindungsschaft 24 verbunden, der in deren
zentralem Abschnitt befestigt ist. Wie in 3 gezeigt,
ist die Oberflächenseitenmembran 14a in
einem scheibenförmigen
Aufbau von etwa 1 mm Dicke aus Teflon als Fluor enthaltendem Harz
ausgebildet. Am umfänglichen
Kantenabschnitt der Oberfläche
steht ein ringförmiger
Gratabschnitt mit viereckigem Querschnitt hervor. Benachbart zum
Innenumfang des ringförmigen
Gratabschnitts 25 steht ein ringförmiger Vorsprung 19 hervor.
Ebenso steht ein linearer Vorsprung 20, der den ringförmigen Vorsprung 19 diametral
verbindet, hervor. Die rückwärtige Oberflächenseitenmembran 14b ist
aus einem synthetischen Harz ausgebildet, der stark gegenüber Temperaturunterschieden
ist, in einem scheibenförmigen
Aufbau mit etwa 4 mm Dicke und einem leicht größeren Durchmesser als der der Oberflächenseitenmembran 14a.
An der rückwärtigen Oberfläche der
rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 14 ist
ein metallischer Klemmring 26 angeordnet. Der Klemmring 26,
die rückwärtige Oberflächenseitenmembran 14b sowie
die Oberflächenseitenmembran 14a sind
integral über
den Verbindungsschaft 24 so miteinander verbunden, dass
keine relative Kreisverschiebung in Bezug aufeinander bewirkt wird.
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Wie
in den 1 und 4 gezeigt, stehen an der äußeren Umfangsseite
des Membran-Befestigungssitzes 12 eine ringförmige Basis 27 hervor,
die mit einem Halterungsbefestigungsflansch 16 an der Seite
des Betriebsabschnitts 14 mittels Bolzen verbunden ist,
in einer vorab festgelegten Höhe
hervor. Auf der anderen Seite steht nahe dem inneren Umfang der
ringförmigen
Basis 27 ein ringförmiger
Vorsprung 28 oben hervor, um eine ringförmige Nut 29 nahe
deren äußeren Umfang
in Wirkverbindung mit der ringförmigen
Basis 27 zu definieren. In diesem Fall ist eine Sitzoberfläche der
Membran-Befestigungsoberfläche 12 im
Wesentlichen die obere Oberfläche
des ringförmigen
Vorsprungs 28.
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Auf
der anderen Seite steht an dem Halterungs-Befestigungsflansch 16 ein
ringförmiger
Membran-Rückhalteabschnitt 30 von
deren innerem Umfangsabschnitt hervor. Eine Rückhalteoberfläche 30a an
dem unteren Ende des Membran-Rückhalteabschnitts 30 steht
von einer Anstoßoberfläche 16a des Halterungs-Befestigungsflanschs
nach unten über eine
Länge α hervor,
wie dies in 4 gezeigt ist. Durch Ausbilden
eines ringförmigen
Körpers
durch Vorstehen des Membran-Rückhalteabschnitts 30 von der
Anstoßoberfläche 16a des
Flanschs 16 kann der Umfangsabschnitt der Membran 14 effektiv
komprimiert werden. Die Vorstehlänge α des Membran-Rückhalteabschnitts 30 wird
in einer Länge
eingestellt, um den Umfangsabschnitt der Membran 14 zu
komprimieren, dass der ringförmige
Vorsprung 19 fest auf den ringförmigen Vorsprung 28 mit
konstantem Druck in einem Zustand aufsetzt, bei dem der umfängliche
Abschnitt der Membran 14, der eine vorab festgelegte Dicke
aufweist, mit dem Membran-Befestigungssitz 12 in Eingriff
gelangt, wie dies gezeigt ist. Beim Einstellen der Vorsprungslänge α des Membran-Rückhalteabschnitts 30 wird
die Vorsprungshöhe
des ringförmigen
Vorsprungs 28 von dem Membran-Befestigungssitz 12,
die Dicke der Membran 14 sowie eine Elastizitätsmodul
der Membran 14 in Betracht gezogen.
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Eine
Eingriffsnut 32 ist im Membran-Rückhalteabschnitt 30 zum
Aufnehmen eines Anti-Rotations-Stifts 31 ausgebildet, der
von einem Rückhaltering 26 hervorsteht.
Der Anti-Rotations-Stift 31 dient nicht nur zur Verhinderung
der Drehung der Membran 14, sondern ebenso als Positionierelement
für die genaue
Positionierung des linearen Vorsprungs 20, der von der
Oberfläche
der Oberflächenseitenmembran 14a an
dem Ventilsitz 13 hervorsteht. Auf der anderen Seite sind
in dem Halterungs-Befestigungsflansch 16 sowie
der ringförmigen
Basis 27 an der Seite des Ventilkörpers 11 Bolzenlöcher 16a und 27a an
vier jeweiligen Abschnitten ausgebildet. Der Membran-Rückhalteabschnitt 30 kann
in einer Form ausgebildet sein, in der er von dem Halterungs-Befestigungsflansch 16 wieder
entfernbar ist.
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Wie
in 1 gezeigt, ist der Ventil-Betriebsabschnitt 15 mit
einem Luftzylinder ausgebildet, der mit einer Halterung 18 verbunden
ist, die am unteren Ende mit dem Flansch 16 ausgebildet
ist. Der Zylinder 15 ist mit einem Zylinderkörper 33,
einem Kolben 34 sowie einer Kolbenstange 35 aufgebaut, die
integral mit dem Kolben 34 in Axialrichtung sich hin- und
herbewegt. Die Kolbenstange 35 dient als Betätigungsschaft
des Membranventils. Die Kolbenstange am unteren Ende (Betätigungsschaft) 35 ist mit
dem Rückhaltering 26 so
verbunden, dass die Membran 14 sich so verformt, dass sie
sich zwischen einem Ventilverschließmodus, bei dem die Membran 14 in
Kontakt mit dem Ventilsitz 13 steht, wie dies durch die
durchgezogene Linie in 1 angedeutet ist, sowie einem
Ventilöffnungsmodus,
bei dem die Membran 14 entfernt vom Ventilsitz 13 platziert
ist, wie dies durch die gestrichelte Linie in 1 angedeutet
ist, durch eine Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 35 in
Axialrichtung ausgebildet. Wie in 1 gezeigt,
bildet ein Teil der Halterung 18 einen unteren Endwandabschnitt 33a des
Zylinderkörpers 33 aus.
In 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 36 eine
Spulenfeder, die normalerweise den Kolben auf die Ventilschließseite hin
vorspannt.
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Im
Anschluss wird eine Diskussion über
ein Verfahren zum Befestigen und Sichern der Membran 14 an
dem Membran-Befestigungssitz 12 des
Ventilkörpers
angegeben. Zuerst wird in einem Zustand, bei dem die Halterung 18 vom
Ventilkörper 11 entfernt
ist, die Membran 14 auf den Membran-Befestigungssitz 12 aufgesetzt,
der den äußeren Umfang durch
die ringförmige
Basis 27, um mit dem ringförmigen Gratabschnitt 25 in
die Nut 29 hinein im Eingriff zu stehen, wobei die Nut
an der äußeren Seite
des ringförmigen
Abschnitts 28 an der Seite des Befestigungssitzes 12 ausgebildet
ist, um so zu bewirken, dass der ringförmige Vorsprung 19 an
dem ringförmigen
Vorsprung 28 des Befestigungssitzes 12 anstößt, und
um zu bewirken, dass der lineare Vorsprung 20 an den Ventilsitz 13 anstößt. Aus
diesem Zustand wird mit der Befestigung des Flanschs 16 der
Halterung 18 an der ringförmigen Basis 27 der untere
Endabschnitt des Membran-Rückhalteabschnitts 30 in
eine ringförmige
Nut 37 hineingedrückt, die
an der rückseitigen
Oberflächenseite
der rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 14b ausgebildet
ist. Dann wird der Bilden 17 in das Gewindeloch 16a des
Flanschs 16 von dem Gewindeloch 27a der ringförmigen Basis 27 eingeschraubt,
um den Flansch 16 mit der ringförmigen Basis 27 über Bilden zu
verbinden.
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Somit
komprimiert der Membran-Rückhalteabschnitt 30 durch
Festziehen des Flanschs 16 an der ringförmigen Basis 27 mittels
vier Bilden 17 den Umfangsabschnitt der Membran 14 über den
gesamten Umfang, um den ringförmigen
Vorsprung 19 der Oberflächenseitenmembran 14a auf
den ringförmigen
Vorsprung 28 des Membran-Befestigungssitzes 12 niederzudrücken, und
wodurch eine komplette Abdichtung zwischen der Oberflächenseitenmembran 14a und
dem ringförmigen
Abschnitt 28 des Befestigungssitzes 12 erreicht
wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der vom Umfangsabschnitt der Membran 14 durch
den Membran-Rückhalteabschnitt 30 aufgebrachte
Druck genauso konstant wie durch die Vorsprungshöhe des ringförmigen Abschnitts 19 von dem
Membran-Befestigungssitz 12 aus, der Dicke der Membran 14 und
dem Elastizitätsmodul
der Membran 14 eingestellt. Daher ist es lediglich erforderlich,
die Bilden 17 anzuziehen, um den Flansch 16 auf
der ringförmigen
Basis 27 anzubringen. Dementsprechend wird ein übermäßiges Anziehen
oder ein zu geringes Anziehen der Bilden 17 niemals bewirkt werden.
Ebenso wird unabhängig
von der Person, die den Bolzen anzieht, kein persönlicher
Fehler im Anzugsbetrieb bewirkt werden, um den umfänglichen Kantenabschnitt
des Membranabschnitts 14 über den gesamten Umfang des
Membransitzes 12 zu fixieren, um sicherzustellen, dass
eine Flüssigkeits-Leckage
unterbleibt.
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Auf
der anderen Seite weist die Oberflächenseitenmembran 14a der
Membran mit der wie oben beschriebenen Befestigungsstruktur der
Membran 14 den ringförmigen
Gratabschnitt 25 auf, der entlang des umfänglichen
Kantenabschnitts hervorsteht, und den ringförmigen Vorsprung 19,
der sich in Umfangsrichtung an eine Innenseite des ringförmigen Gratabschnitts 25 erstreckt.
Der ringförmige
Gratabschnitt 25 an der Oberflächenseitenmembran 14a steht
in Eingriff mit der ringförmigen
Nut 29, die äußeren Umfang
des ringförmigen
Vorsprungs 28 so ausgebildet ist, dass der ringförmige Vorsprung 19 der
Oberflächenseitenmembran 14a an
den ringförmigen
Vorsprung 28 des Membran-Befestigungssitzes 12 anstößt. Daher
begrenzt auch dann, wenn die Oberflächenseitenmembran 14a,
die aus einem Fluor enthaltenden Harz ausgebildet ist, wie etwa
Teflon oder dergleichen, eine Schrumpfung durch eine durch den Strömungspfad
hindurchströmende
Hochtemperaturflüssigkeit
bewirkt, der ringförmige
Gratabschnitt 25 der Oberflächenseitenmembran 14a die
ringförmige
Nummer 29, die an dem äußeren Umfang
des Befestigungssitzes 28a ausgebildet ist, um eine Schrumpfung
der Oberflächenseitenmembran 14a einzuschränken. Dementsprechend
kann, wie dies in 4 gezeigt ist, der ringförmige Vorsprung 19 der Oberflächenmaterial 14a in
der Nähe
der inneren Umfangskante des Membran-Befestigungssitzes 12 so
eng wie möglich
angeordnet werden. Somit kann eine Schrumpfungsspanne W als Spalt
zwischen dem ringförmigen Abschnitt 19 der
Oberflächenseitenmembran 14a und
dem Befestigungssitz 12 so schmal wie möglich eingestellt werden.
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Da
die Schrumpfungsspanne w so schmal wie möglich ist, kann ein Spalt nicht
zwischen der Oberfläche
der Oberflächenseitenmembran 14a und dem
Membran-Befestigungssitz ausgebildet werden. Auch wenn der Spalt
ausgebildet wird, ist der Spalt flach, um eine Flüssigkeit
leicht anzusammeln und die Reinigung zu erleichtern, was ziemlich
hygienisch ist. Auf der anderen Seite kann, da der umfängliche Kantenabschnitt
der Membran 14 nicht durch die Bereitstellung von Bolzenlöchern wie
im Stand der Technik verschraubt ist, um die Membran 14 an
dem Membran-Befestigungssitz 12 zu befestigen und zu fixieren,
die Membran 14 in Kreisform ausgebildet werden, wodurch
eine Materialersparnis ermöglicht wird.
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5 zeigt
ein Membranventil, das nicht sämtliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung erfasst und einen manuell betreibbaren
Ventilbetriebsabschnitt 45 aufweist. Bei der Kasten des
Ventilbetriebsabschnitts 45 werden ähnliche Komponenten wie diejenigen
des in den 1 bis 4 gezeigten
Membranventil durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet und eine
redundante Diskussion dieser gemeinsamen Komponenten wird vermieden,
um die Offenbarung so einfach wie möglich zu halten und ein deutliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Der Ventilbetriebsabschnitt 45 ist
mit einem zylindrischen Gewindeabschnitt 18a am oberen
Endabschnitt der Halterung 18 aufgebaut, die an der Seite
des Ventilkörpers 11 befestigt
ist, einer Gewindewelle 38 zum kämmenden Eingriff mit dem zylindrischen
Gewindeabschnitt 18a, und einem Handgriff, um die Drehung
der Gewindewelle 38 manuell zu betreiben. Die Gewindewelle 38 dient
als Betätigungsschaft.
Dementsprechend wird die Gewindewelle durch Drehung der Gewindewelle
mittels manuellem Ergreifen per Hand in axialer Richtung nach hinten
und vorne verschoben, um den Modus der Membran zwischen dem Ventilverschlussmodus,
bei dem diese an dem Ventilsitz 13 anstößt, und dem Ventilöffnungsmodus,
bei dem die Membran vom Ventilsitz 13 freigegeben ist,
zu verändern.
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Mit
der bevorzugten Ausführungsform
des Membranventils wie oben dargestellt komprimiert der Membran-Rückhalteabschnitt
durch Anziehen der Bolzen, um den Halterungs-Befestigungsflansch an der ringförmigen Basis
des Ventilkörpers
zu befestigen, den gesamten Umfang des umfänglichen Kantenabschnitts der
Membran gleichmäßig, um
den umfänglichen
Kantenabschnitt auf den Membran-Befestigungssitz zu drücken. Somit
kann eine vollständige
Abdichtung zwischen dem umfänglichen
Kantenabschnitt an der Oberflächenseite
der Membran und dem Membran-Befestigungssitz erreicht werden. Zu
diesem Zeitpunkt kann der auf den umfänglichen Kantenabschnitt der
Membran durch den Membran-Rückhalteabschnitt
ausgeübte
Druck bei einem konstanten Druck, der vorab im Hinblick auf die
Vorsprungshöhe
des ringförmigen
Vorsprungs und dem Membran-Befestigungssitz, der Dicke der Membran und
den Elektrizitätsmodulen
der Membran eingestellt wurde, gehalten werden. Daher ist es lediglich erforderlich,
den Flansch auf die ringförmige
Basis durch Anziehen der Bolzen zu befestigen, um so kein übermäßiges Anziehen
oder ein nicht ausreichendes Anziehen zu bewirken, und um persönliche Fehler
im Anzugsbetrieb zu vermeiden. Somit kann der umfängliche
Kantenabschnitt der Membran genau auf dem Membran-Befestigungssitz über den
gesamten Umfang fixiert werden, um eine Flüssigkeits-Leckage sicher zu
vermeiden.
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Auf
der anderen Seite ist bei diesem Membranventil, da die Membran mit
dem ringförmigen Gratabschnitt
versehen ist, der sich entlang des umfänglichen Kantenabschnitts erstreckt,
und dem ringförmigen
Vorsprung, der sich umfänglich
an der Innenseite des ringförmigen
Gratabschnitts erstreckt, der Membran-Befestigungssitz mit dem ringförmigen Vorsprung
versehen. In der ringförmigen
Nut, die am äußeren Umfang
des ringförmigen
Vorsprungs definiert ist, steht der ringförmige Vorsprung der Membran
so im Eingriff, dass der ringförmige
Gratabschnitt der Membran auf den ringförmigen Vorsprung des Membran-Befestigungssitzes
anstößt. Daher
begrenzt auch dann, wenn die Oberflächenseitenmembran 14a,
die aus einem Fluorin enthaltenen Harz wie etwa Teflon oder dergleichen
ausgebildet ist, eine Schrumpfung durch ein Hochtemperatur-Fluid,
das durch den Strömungspfad
hindurchströmt,
bewirkt, der ringförmige
Gratabschnitt der Oberflächenseitenmembran
den am äußeren Umfang
des Befestigungssitzes ausgebildete ringförmige Nut, um eine Schrumpfung
der Oberflächenseitenmembran
zu begrenzen. Dementsprechend kann der ringförmige Vorsprung der Oberflächenmembran
in der Nähe
der inneren Umfangskante des Membran-Befestigungssitzes so nah wie
möglich
angeordnet werden. Somit können
eine Schrumpfungsspanne als Spalt zwischen dem ringförmigen Vorsprung
der Oberflächenseitenmembran 14a und
dem Befestigungssitz so eng wie möglich eingestellt werden. Da
die Schrumpfungsspanne so schmal wie möglich ist, kann ein Spalt nicht
zwischen der Oberfläche
der Oberflächenseitenmembran 14a und
dem Membran-Befestigungssitz
ausgebildet werden. Auch dann, wenn der Spalt ausgebildet wird,
ist der Spalt oberflächlich,
um leicht Flüssigkeit
ansammeln zu können
und die Reinigung zu erleichtern, wodurch dies verhältnismäßig hygienisch
ist.
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Auf
der anderen Seite kann die Rückhalteoberfläche des
Membran-Rückhalteabschnitts
den umfänglichen
Kantenabschnitt der Membran effektiv komprimieren, da der Membran-Rückhalteabschnitt an derjenigen
Position platziert ist, die für
eine vorab festgelegte Länge
von der Anstoßoberfläche des
an die ringförmige
Basis anstoßenden
Halterungs-Befestigungsflansch
hervorsteht.
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Darüber hinaus
kann, da die Membran zu deren Ausformung aus einem kreisförmigen Material hergestellt
werden kann, die Membran zur Erzielung von Materialersparnis reduziert
werden.
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Darüber hinaus
kann dann, wenn der Ventilbetriebsabschnitt mit dem Zylinder ausgebildet
ist, der mit der Halterung verbunden ist, die an der Seite des Ventilkörpers befestigt
ist, der Antrieb des Betätigungsschafts
in Axialrichtung vor und zurück
automatisch erfolgen. Ebenso kann dann, wenn der Ventilbetriebsabschnitt
mit der Gewindewelle ausgebildet ist, die im Schraubeingriff mit
der Halterung steht, die an der Seite der Ventilkörperseite
befestigt ist, und der Handgriff die Gewindewelle drehbar betätigt, der Antrieb
der Betätigungswelle
in Axialrichtung zurück und
nach vorn simpel und leicht manuell bewirkt werden.
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Die 6 und 7 zeigen
eine Ausführungsform
des Membranventils gemäß der vorliegenden
Erfindung, in dem ein Flüssigkeitsleckage-Detektionssensor
im Membranventil vorgesehen ist. Genauer gesagt ist im konventionellen
Membranventil die den Ventilkörper
ausbildende Membran an einer Position gegenüber dem Ventilsitz im Ventilkörper auf
eine solche Weise befestigt, dass die Oberflächenseite, die mit der Flüssigkeit
und der rückwärtigen Oberflächenseite
in Berührung
steht, isoliert ist. Durch einen Antrieb des mit dem zentralen Abschnitt an
der rückwärtigen Oberflächenseite
verbundenen Betätigungsschafts
in Axialrichtung vor und zurück wird
die Oberflächenseite
der Membran zu dem Ventilsitz hin und von diesem weg bewegt, um
den Strömungsdurchgang
zu öffnen
und zu verschließen.
Somit kann in einem derartigen Membranventil die Membran die Oberflächenseite
und die rückwärtige Oberflächenseite
mit dem Betätigungsmechanismus mit
dem Befestigungsabschnitt des umfänglichen Kantenabschnitts abdichten,
um die Flüssigkeit
nur mit der Oberflächenseite
konstant zu kontaktieren. Ebenso kann der Ventilbetrieb nur durch
Deformation der Membran so ausgeführt werden, dass kein weiterer
Gleitkontakt wie etwa ein Ventilschaftabschnitt verschiedener anderer
Ventile erforderlich ist, welche andernfalls eine Leckage von Flüssigkeit
leicht bewirken könnten.
Somit ist die hohe Abdichtfähigkeit
im Ventilabschnitt insbesondere für das Gebiet der Lebensmittelindustrie,
der pharmazeutischen Industrie und so weiter sinnvoll, welche sämtlich eine
hohe Zuverlässigkeit
in Bezug auf Sicherheit und Hygiene erfordern.
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Währenddessen
wird es dann, wenn ein Bruch in der Membran des in einer Herstellungslinie einer
Flüssigkeit,
insbesondere in einer Reinwasserleitung oder dergleichen verwendete
Membranventil bewirkt wird, notwendig, eine Funktion zur Detektion eines
derartigen Bruchs zu haben, um die kontinuierliche Produktion schadhafter
Flüssigkeiten
zu vermeiden. Konventionellerweise wurde ein Verfahren angewendet,
bei dem die Membran früher
vor dem Auftreten eines Bruchs der Membran regelmäßig ausgetauscht
wurde, wobei dieser frühe
Austausch, bei dem Membrane entsorgt werden, deren Zustand für eine ausreichend
lange Zeitdauer geeignet ist, nicht ökonomisch ist.
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Auf
der anderen Seite waren als konventionelle Leckagedetektionssensoren,
die in Membranventilen vorgesehen waren, Sensoren bereits bekannt,
in denen eine leitfähige
Gummischicht in der Membran für
die elektrische Detektion einer Flüssigkeitsleckage vorgesehen
waren. Im Falle einer Reinwasserleitung in der pharmazeutischen
Industrie oder dergleichen kann aufgrund der sehr geringen Leitfähigkeit
reinen Wassers eine Flüssigkeitsleckage
nicht genau detektiert werden und ist somit nur bedingt praktikabel.
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In
der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform
wird es im Hinblick auf das oben dargelegte Problem auch im Fall
einer Flüssigkeit
mit einer sehr geringen Leitfähigkeit
wie etwa reinem Wasser möglich,
einen Flüssigkeits-Leckage-Detektionssensor
der Membran zur Verfügung
zu stellen, der eine Flüssigkeits-Leckage
sicher detektieren kann.
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Unter
Bezugnahme auf die 6 und 7 wird eine
Erläuterung
einer Membran mit einem Flüssigkeits-Leckagesensor
angegeben. In der nachfolgend angegebenen Erläuterung werden ähnliche Komponenten
wie solche aus dem vorab beschriebenen Membranventil mit gleichen
Bezugszeichen versehen und eine redundante Erläuterung derartiger gemeinsamer
Komponenten wird unterlassen, um die Offenbarung einfach genug zu
halten und um ein eindeutiges Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Es
sollte angemerkt werden, dass in der nachfolgend angegebenen Erläuterung
der in der gezeigten Ausführungsform
einmalige Aufbau hauptsächlich
erläutert
werden wird. Wie in den 6 und 7 gezeigt,
beinhaltet eine Flüssigkeits-Leckagesensor-Baugruppe einen Sensorkörper 50,
der innerhalb eines Öffnungsabschnitts 60 eingesetzt
ist, der an einer vorab festgelegten Position der Halterung 18 vorgesehen
ist, sowie einen Detektionsschaltkreis 51, der durch eine
Leitung außerhalb
der Halterung 18 vom Sensorkörper 50 ausgebildet
ist. Ebenso ist in der rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 4b,
die als Unterstützungsmembran
für die
Membran dient, eine Leckageanzeigeleitung 59 ausgebildet.
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Wie
in 7 gezeigt, ist der Sensorkörper 50 mit einem
abgedichteten Gehäuse 54 aufgebaut,
das mit einem boxförmigen
Gehäuse 25 und
Körper 52 ausgebildet
ist, der eine Öffnung
in einer Seitenoberfläche
aufweist, einer Infiltrationsmembran 53, die in der Öffnungsoberflächenseite
des Gehäusekörpers 52 angeordnet
ist, einem starken Elektrolyten, der in dem abgedichteten Gehäuse 54 eingefüllt ist,
sowie einem Paar von Elektroden a und b, die jeweils als Anode und
Kathode dienen und einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Infiltrationsmembran 53 ist eine Membran, die in der Öffnungsoberflächenseite
des Gehäusekörpers 52 so
angeordnet ist, dass sie den Durchtritt der Flüssigkeit von außen des
abgedichteten Gehäuses 54 in
das Innere ermöglicht, jedoch
die Leckage der Flüssigkeit
innerhalb des Gehäuses 54 nach
außen
blockiert.
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Das
in das abgedichtete Gehäuse 54 des Sensorkörpers 50 einzufüllende starke
Elektrolyt kann NaCl (Natriumchlorid, zu verwenden als Salz oder
dergleichen) in der bevorzugten Ausführungsform sein. Andere Materialien
wie etwa NaOH (Natronlauge, Natriumhydroxid und dergleichen) können ebenso
verwendet werden. Wie in 7 gezeigt, ist der Detektionsschaltkreis 51 ein
elektrischer Schaltkreis inklusive Elektroden a und b, die innerhalb
des abgedichteten Gehäuses 54 angeordnet
sind, einer Energiequelle 55, die mit einer Batterie ausgebildet ist,
einem Amperemeter 56 sowie einer Lampe 57. Bei
Befestigen des Sensorkörpers 50 auf
dem Öffnungsabschnitt 60 der
Halterung 18 wird der Gehäusekörper 52 befestigt
und über
ein Abdichtelement 58 in einem Zustand fixiert, bei dem
die Infiltrationsmembran 50 an einer Position platziert
ist, die mit der Flüssigkeit,
die zur rückwärtigen Oberflächenseite
der Membran 14 hindurchtritt, in Kontakt gelangt.
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In
dem Flüssigkeitsleckage-Detektionssensor,
der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird unter der Annahme,
dass das gezeigte Membranventil innerhalb einer Reinwasserleitung
angeordnet ist, dann, wenn die Oberflächenseitenmembran 14a einen
Bruch bewirkt, das Wasser (Reinwasser), das zur rückwärtigen Oberflächenseite
durch den zerbrochenen Abschnitt der Oberfläche der Oberflächenseitenmembran 14a hindurch
leckt, in einen Spalt zwischen der rückwärtigen Oberfläche der
Oberflächenseitenmembran 14a und
der Oberfläche
der rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 14b eintreten.
Dann strömt
die ausleckende Flüssigkeit
in das Innere der Halterung 18 hinein, nämlich in
den Raumabschnitt S an der rückwärtigen Oberflächenseite
der Leckage-Anzeigeleitung 59 der rückwärtigen Oberflächenseitenmembran 14b,
um sich daran anzusammeln, durch die Leckage-Anzeigeleitung 59.
Das ausleckende Wasser, das im Raumabschnitt S angesammelt wurde,
verläuft
durch die Infiltrationsmembran 53 hindurch, die in dem
abgedichteten Gehäuse 54 des
Sensorkörpers 50 angeordnet
ist und wird anschließend
mit dem NaCl innerhalb des abgedichteten Gehäuses 54 vermischt.
Wenn das ausleckende Wasser mit NaCl vermischt wird, löst sich
das NaCl in Natrium-Ionen
(+) und Chlor-Ionen (–),
nämlich
elektrolytisch aufgelöst,
für eine
hohe dielektrische Konstante des Wassers, auf. Darüber hinaus
wird, da NaCl ein starkes Elektrolyt ist, dieses vollständig in Wasser
aufgelöst
(kein Molekül,
das nicht aufgelöst wurde,
wird zurückbleiben).
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Wenn
die elektrolytische Auflösung
von NaCl in dem ausgeleckten Wasser bewirkt wird, das in das abgedichtete
Gehäuse 54 des
Sensorkörpers 50 wie oben
beschrieben eingetreten ist, wird die dielektrische Konstante des
Wassers erhöht,
um einen leitfähigen
Zustand zwischen den Elektroden 2a und 2b aufzubauen.
Der leitfähige
Zustand zwischen den Elektroden a und b kann durch Anschalten der
Lampe 57 detektiert werden. Ebenso kann ein Grad an Leitfähigkeit
aus der Anzeige des Amperemeters 56 ersehen werden. Dementsprechend
kann das Auftreten von Brüchen
an der Oberflächenseitenmembran 14a der
Membran 14 durch den Flüssigkeitsleckage-Detektionssensor
detektiert werden.
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Bei
den Membranventilen mit dem Flüssigkeitsleckage-Detektionssensor
kann auch im Falle einer Flüssigkeit
mit einer recht geringen Leitfähigkeit wie
etwa reinem Wasser, die Leckage von der Oberflächenseitenmembran 14a sicher
detektiert werden. Auf der anderen Seite besteht die Membran aus
einer dünnen
Oberflächenseitenmembran 14a aus
einem Fluorin enthaltenden Harz und einer Stützmembran 14b aus
Gummi, welche auf der rückwärtigen Oberflächenseite
angesetzt ist. Durch Bereitstellen einer Flüssigkeitleckage-Anzeigeleitung 59 in
der Stützmembran 14b strömt das durch
den gebrochenen Abschnitt der Oberflächenseitenmembran 14a hindurchtretende
Leckagewasser unverzüglich
aus der rückwärtigen Oberflächenseite
der Membran 14 durch die Flüssigkeitsleckage-Anzeigeleitung 59 hindurch,
um mit dem Sensorkörper 50 in
Kontakt zu gelangen. Daher kann ein Bruch der Oberflächenseitenmembran 14a schnell
detektiert werden.
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Während einer
Erläuterung
der Detektion der Leckage mit reinem Wasser in einer Reinwasserleitung
angegeben wurde, kann der Flüssigkeitsleckage-Sensor
nicht nur reines Wasser, sondern ebenso die Leckage von Flüssigkeiten,
welche sich von Reinwasser unterscheiden, detektieren.
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Bei
dem Membranventil gemäß der gezeigten
Ausführungsform
wird bei Bruch der Membran die aus der rückwärtigen Oberfläche ausleckende
Flüssigkeit
mit dem starken Elektrolyt innerhalb des Gehäuses durch die Infiltrationsmembran
des Sensorkörpers
hindurch vermischt, um eine elektrolytische Auflösung des starken Elektrolyt
zu bewirken und die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit
zu erhöhen um
den leitfähigen
Zustand zwischen den Elektroden innerhalb des Gehäuses zu
detektieren und einen Bruch der Membran zu detektieren. Dementsprechend
kann die Membran für
eine verlängerte
Zeitdauer verwendet werden. Insbesondere mit dem Flüssigkeitsleckage-Sensor
kann auch im Fall einer Flüssigkeit
mit niedriger Leitfähigkeit
wie etwa reinem Wasser die Leckage von Flüssigkeit aufgrund eines Bruchs
der Oberflächenseitenmembran
sicher detektiert werden.
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Darüber hinaus
kann mit der gezeigten Ausführungsform,
da die Membran mit der dünnen
Oberflächenseitenmembran
aus Fluorin enthaltendem Hart und der dicken Stützmembran aus Gummi, das auf
der rückwärtigen Oberflächenseite
angesetzt ist, und durch Bereitstellen der Flüssigkeitsleckage-Anzeigeleitung
in der Stützmembran
ausgebildet ist, ein Bruch der Oberflächenseitenmembran schnell detektiert
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf deren exemplarische Ausführungsformen
dargestellt und beschriebenen wurde, sollte der Fachmann aber verstehen,
dass das vorab Beschriebene sowie verschiedene Veränderungen,
Weglassungen und Hinzufügungen
hierin ohne Abweichen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung,
wie er in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist, vorgenommen werden können.