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Die
Erfindung betrifft ein verbessertes Membranventil, das insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
für die
Verwendung in Anlagen zur Herstellung von Halbleitern geeignet ist,
sowie damit zusammenhängende
Verbesserungen.
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Derartige
Membranventile sind in JP 6-341560A, 6-193747A und 6-94142A offenbart.
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3 der
beiliegenden Zeichnungen ist eine geschnittene Längsansicht des wesentlichen
Teils eines Membranventils gemäß der JP
6-341560A. In 3 umfasst das Membranventil
einen Körper
A, der eine Ventilkammer B und einen ersten und zweiten Durchgang
durch den Körper
definiert, die bei Gebrauch als Einlass bzw. als Auslass für die Ventilkammer
dienen. In der Ventilkammer B sind eine flexibel elastische Membran
C, ein Ventilsitz D und ein Sitzhalter E untergebracht. Die Membran
und der Sitzhalter werden mittels einer Kappe G in Position gehalten
und die Membran ist so geformt, dass sie, wenn sie in der Ventilkammer
eingesetzt ist, von dem Ventilsitz D beabstandet ist, um zu ermöglichen,
dass Fluid bei Gebrauch zwischen den beiden Durchgängen fließt. Die
Kappe G trägt
Antriebsmittel F, die wahlweise betätigbar sind, um gegen die Membran
C zu drücken
und sie dadurch zu verformen und sie mit dem Ventilsitz D in Kontakt
zu bringen, um das Ventil zu schließen. Der Ventilsitz D und der
Sitzhalter E bilden eine integrierte Einheit, die in der Ventilkammer B
aufgenommen ist.
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Ein
Vorteil des in 3 gezeigten Membranventils liegt
darin, dass der Ventilsitz D kaum verformt wird, wenn die Membran
C durch Betätigung
der Antriebsmittel gegen den Ventilsitz D gedrückt wird. Ein Nachteil des
Membranventils der JP 6-341560
ist es jedoch, dass sowohl der Sitz D als auch der Halter E bei
Beschädigung
des Ventilsitzes D ausgetauscht werden müssen, was mit hohen Kosten
verbunden sein kann.
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4 ist
eine geschnittene Längsansicht des
wesentlichen Teils eines Membranventils gemäß der JP 6-941442. In dem Membranventil
der 4 sind der Ventilsitz D und der Sitzhalter E separate Elemente,
die getrennt voneinander in der Ventilkammer B installiert sind.
Das bedeutet, dass bei Beschädigung
des Sitzes D nur der Sitz D ausgetauscht werden muss, was zu niedrigeren
Reparaturkosten im Vergleich zu dem Ventil der 3 führt.
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Ein
Nachteil des Membranventils der 4 ist es
jedoch, dass, wenn die Membran C gegen den Sitz D gedrückt wird,
sich der Sitz manchmal verformt und somit Fluid zwischen dem Körper A und
dem Sitz D austreten kann.
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Die
US-D1-6189861 offenbart eine Membranventilanordnung, die einen Körper und
einen ringförmigen
Ventilsitz hat, der in einem ringförmigen Kanal angeordnet ist,
der in dem Körper
zwischen einem radial äußeren Anschlag
und einem radial inneren, vorstehenden Randabschnitt gebildet ist,
die beide einstückig
mit dem Körper
gebildet sind. Der Randabschnitt ist so verformbar, dass er den
Ventilsitz zwischen den Randabschnitt und den Anschlag festklemmt.
Ein Nachteil dieser Anordnung liegt darin, dass es schwierig ist,
den Ventilsitz zu entfernen und auszutauschen, sobald er einmal
auf diese Weise festgeklemmt ist.
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Wie
vorstehend beschrieben haben die Anordnungen der Ventilsitze und
der Sitzhalter bei den Membranventilen nach dem Stand der Technik
sowohl Vorteile als auch Nachteile.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Membranventile der
oben genannten Art oder damit zusammenhängende Verbesserungen anzugeben.
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Insbesondere
ist es eine Aufgabe von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Membranventil anzugeben,
das nur mit geringen Reparaturkosten verbunden ist und bei dem gleichzeitig
nicht die Gefahr einer Undichtigkeit besteht.
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Eine
besondere Aufgabe von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Membranventil
anzugeben, bei dem sich der Ventilsitz nicht verformt, wenn er durch
die Membran gedrückt
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist daher eine Membranventilanordnung nach Anspruch 1
angegeben.
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Bei
Betrieb können
die Antriebsmittel so betätigt
werden, dass sie den Ventilschließabschnitt der Membran gegen
den Ventilsitz drücken,
um zu verhindern, dass Fluid zwischen den beiden Durchgängen fließt. Wenn
die Antriebsmittel keinen Druck mehr auf die Membran ausüben, kann
die Membran elastisch in ihre ursprüngliche Form und Position zurückkehren,
so dass sich der Ventilschließabschnitt der
Membran von dem Ventilsitz wegbewegt. Die Durchgänge durch den Körper stehen
dann miteinander in Verbindung, um einen Fluidfluss von einem Durchgang
zum anderen zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
ist der Ventilsitz ein separates Element, das unabhängig von
dem Körper
und dem Sitzhalter ist. Somit muss lediglich der Sitz ausgetauscht
werden, falls dieser beschädigt
wird. Es ist ersichtlich, dass dadurch die Kosten für die Reparatur
des Ventils gesenkt werden.
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Desweiteren
ist der Ventilsitz im eingesetzten Zustand zwischen dem Sitzhalter
und dem Randabschnitt gehalten, wodurch die Gefahr gleich null ist,
dass sich der Sitz verformt, wenn die Membran gegen den Ventilsitz
gedrückt
wird, und nicht die Gefahr einer Undichtigkeit zwischen dem Ventilsitz und
dem Körper
besteht. Der Ventilsitz ist vorzugsweise ringförmig und der Randabschnitt
vorzugsweise zylindrisch. Der Sitzhalter und der Randabschnitt definieren
vorzugsweise eine ringförmige
Vertiefung zwischen sich, die den ringförmigen Ventilsitz aufnimmt.
Der Randabschnitt kann eine geformte, vorzugsweise zylindrische
Außenfläche und
der Ventilsitz eine entsprechend geformte, vorzugsweise im Wesentlichen
zylindrische Innenfläche
haben, die ausgebildet ist, die Außenfläche des Randabschnitts zu kontaktieren.
Der Ventilsitz kann eine geformte Außenfläche und der Sitzhalter eine
entsprechend geformte Innenfläche
haben, die ausgebildet ist, die Außenfläche des Ventilsitzes zu kontaktieren.
Der Ventilsitz bildet vorzugsweise einen Passsitz oder eine enge
Passung in der ringförmigen
Vertiefung, die durch den Randabschnitt und den Sitzhalter definiert
ist, so dass der Ventilsitz fest in der Vertiefung gehalten und
verstärkt
ist, um sich nicht zu verformen, wenn das Membranventil gegen den
Sitz gedrückt
wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann der Ventilsitz zwischen den Randabschnitt und den Sitzhalter „geklemmt" sein.
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Der
Körper
kann innerhalb der Ventilkammer eine Bodenfläche definieren, die eine ringförmige Sitzträgerfläche um den
Randabschnitt herum umfasst, die ausgebildet ist, den Ventilsitz
zu kontaktieren und zu tragen. Die Bodenfläche kann um die Sitzträgerfläche herum
gefalzt sein, um einen Sitzhaltekanal zu bilden, der ausgebildet
ist, den Sitzhalter aufzunehmen. Somit ist der Sitzhaltekanal oder
die Nut vorzugsweise weiter in den Körper des Membranventils hinein
ausgebildet als die Sitzträgerfläche der
Sitzbasis. Dadurch können
der Ventilsitz und der Sitzhalter korrekt positioniert werden und
der Ventilsitz sicher durch den Sitzhalter und den Randabschnitt
gehalten werden. Der Sitzhalter kann zudem ringförmig sein und dementsprechend
kann der Sitzhaltekanal ringförmig
sein.
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Normalerweise
ist der eine Durchgang ausgebildet, bei Gebrauch einen Einlass zu
bilden, während
der andere Durchgang den Auslass bildet. Der eine Durchgang kann
im Wesentlichen zentral innerhalb des Körpers gebildet sein, und der
vorstehende Rand, die Sitzträgerfläche und
der Sitzhaltekanal können
im Wesentlichen konzentrisch mit dem einen Durchgang ausgebildet
sein.
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Es
folgt nun eine rein beispielhafte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
geschnittene Längsansicht
des wesentlichen Teils eines Membranventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 eine
auseinander gezogene Längsschnittansicht
des Körpers,
des Sitzes und des Sitzhalters des Membranventils der 1.
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3 eine
geschnittene Längsansicht
des wesentlichen Teils eines ersten Membranventils nach dem Stand
der Technik gemäß der JP
6-341560A.
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4 eine
geschnittene Längsansicht
des wesentlichen Teils eines zweiten Membranventils nach dem Stand
der Technik gemäß der JP 6-94142A.
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Mit
Bezug auf 1 umfasst ein Membranventil 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Körper 2,
der aus einem metallischen Material wie beispielsweise Edelstahl
hergestellt sein kann. Der Körper 2 ist
durch eine im Allgemeinen zylindrische, hole Ventilkammer 10 gebildet,
die an einem Ende 10A offen ist und an einem anderen, gegenüberliegenden Ende 10B durch
eine im Allgemeinen kreisförmige Ventilkammer-Bodenfläche 10C geschlossen
ist. Die Kammer hat eine im Wesentlichen zylindrische innere Seitenfläche 10D.
Der Körper 2 definiert
ferner zwei nicht miteinander verbundene innere Durchgänge 8, 9,
die sich beide durch die Bodenfläche 10C in die
Ventilkammer 10 öffnen.
Wie deutlich gemacht ist, ist jeder Durchgang 8, 9 im
Allgemeinen L-förmig und
einer der Durchgänge,
der in den 1 und 2 mit dem
Bezugszeichen 8 bezeichnet ist, hat einen Mund 8A,
der sich in einer im Wesentlichen zentralen Position innerhalb der
Ventilkammer in die Ventilkammer öffnet. Der eine Durchgang 8 ist
ausgebildet, bei Gebrauch einen Einlassweg zu bilden, während der
andere Durchgang ausgebildet ist, einen Auslassweg 9 zu
bilden.
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Mit
Bezug auf 2 hat der Körper 2 um den Mund 8A des
einen Durchgangs 8 herum einen im Wesentlichen zylindrischen,
vorstehenden Rand 7, der sich axial in die Ventilkammer 10 erstreckt
und von der Bodenfläche
entfernt in einem Randende 7B endet. Die Bodenfläche 10C bildet
eine ringförmige Sitzbasis 11 entlang
dem Umfang des Randabschnitts 7. Entlang dem Umfang der
Sitzbasis 11 ist die Ventilkammer-Bodenfläche 10C weiter gefalzt,
um eine ringförmige
Sitzhaltenut 12 zu bilden. Der andere Durchgang 9 hat
einen Mund 9A, der mit der Sitzhaltenut 12 in
Verbindung steht. Der vorstehende Rand 7 definiert somit
einen Teil des Einlasswegs 8, der mit der Ventilkammer 10 in
Verbindung steht, und hat eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 7A.
Der Randabschnitt 7, die Sitzbasis 11 und die
Sitzhaltenut 12 sind im Wesentlichen konzentrisch mit dem
Einlassweg 8 gebildet.
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Die
Sitzbasis 11 ist ausgebildet, einen im Allgemein ringförmigen Ventilsitz 3 zu
tragen, der aus Metall oder einem synthetischen Harzmaterial besteht.
Der Ventilsitz 3 hat eine erste und eine zweite ringförmige Seite 3A, 3B,
die voneinander abgewandt sind, und eine im Wesentlichen zylindrische
Innenfläche 3C.
Wie am besten aus 2 ersichtlich ist, umfasst der
Sitz 3 ferner einen sich nach außen erstreckenden Umfangsanlageflanschabschnitt 3D, der
so an die erste Seite 3A angrenzt, dass der Sitz 3 eine
gestufte, zylindrische Außenfläche 3F hat.
Insbesondere definiert der Flanschabschnitt 3D zu der zweiten
Seite 3B hin eine Stufe oder Schulter 3E in der
Außenfläche 3F des
Ventilsitzes 3. Der Ventilsitz 3 ist so geformt,
dass er eine ziemlich feste Passung oder einen festen Passsitz um
den Randabschnitt 7 des Körpers 2 herum bildet,
so dass die Innenfläche 3C des
Sitzes 3 die Außenfläche 7A des Randabschnitts 7 angrenzend
kontaktiert. Die erste Seite 3A des Sitzes 3 ist
im Wesentlichen erstreckungsgleich mit der Sitzbasis 11,
so dass das äußere radiale
Ende des Sitzes 3 an das äußere radiale Ende der Sitzbasis 11 angrenzt.
Wie am deutlichsten aus 1 ersichtlich ist, ist der Sitz 3 zudem
so geformt, dass seine zweite Seite 3B im eingesetzten Zustand
etwas von dem Randabschnitt 7 in die Ventilkammer 10 ragt.
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Die
Sitzhaltenut 12 ist ausgebildet, einen im Allgemeinen ringförmigen Sitzhalter 4 aufzunehmen, der
aus Metall bestehen kann. Wie am deutlichsten in 2 erkennbar
ist, hat der Sitzhalter 4 eine erste und eine zweite ringförmige Seite 4A, 4B,
die voneinander abgewandt sind, und eine im Allgemeinen gestufte,
zylindrische Innenfläche 4C,
die entlang dem Umfang bei 4D gefalzt ist, um eine Anlagestufe
oder -schulter zu bilden, die der Stufe oder Schulter 3E auf dem
Ventilsitz 3 entspricht. Der Sitzhalter 4 hat
eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche 4E, die der Form
der inneren Seitenfläche
der Ventilkammer 10 entspricht und mit mehreren, vorzugsweise
vier Verbindungslöchern 15 gebildet
ist, die ausgebildet sind, mit dem Mund 9A des in dem Körper 2 gebildeten
Auslasswegs 9 in Verbindung zu stehen. Die Dicke des Halters 4 zwischen
der ersten und der zweiten Seite 4A, 4B entspricht
im Wesentlichen der Höhe
des Randabschnitts 7 plus der Tiefe des gefalzten Teils
der Ventilkammer-Bodenfläche 10C,
die die Sitzhaltenut 12 bildet. Mit Bezug auf 1 bildet
der Sitzhalter 4 eine enge Passung in der Ventilkammer 10,
wobei die Außenfläche 4E des
Ringhalters die innere Seitenfläche
der Kammer 10 kontaktiert oder nahe dieser liegt. Die erste
Seite 4A des Ringhalters kontaktiert die Bodenfläche 10C innerhalb
der Sitzhaltenut 12, und die Innenfläche 4C bildet einen Passsitz
oder eine enge Passung mit der Außenfläche 3F des Ventilsitzes 3.
Die zweite Seite 4B des Sitzhalters 4 ist im Wesentlichen
planar und im eingesetzten Zustand im Wesentlichen koplanar mit
den Randende 7B des Randabschnitts 7, so dass
die zweite Seite 3B des Sitzes ebenfalls leicht über die zweite
Seite 4B des Sitzhalters 4 hinausragt. Der gefalzte
Abschnitt 4D der Innenfläche 4C des Sitzhalters 4 liegt
an die Stufe oder Schulter 3E des Sitzes an, um den Sitz
auf der Sitzbasis 11 in Position zu halten. Wie 1 deutlich
macht, erstreckt sich der gefalzte Abschnitt 4D radial über die
Sitzbasis 11, um gegen den Flanschabschnitt 3D des
Sitzes 3 anzuliegen.
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Die
Innenfläche 4C des
Sitzhalters 4 und der Randabschnitt 7 des Körpers definieren
somit eine ringförmige
Vertiefung, die den Ventilsitz 3 aufnimmt. Wie bereits
vorstehend erwähnt,
bildet die Innenfläche 3C des
Sitzes 3 eine enge Passung mit der Außenfläche 7A des Randabschnitts 7,
und die Innenfläche 4C des
Sitzhalters 4 bildet eine enge Passung mit der Außenfläche 3F des
Sitzes 3, so dass der Sitz 3 fest zwischen dem
Randabschnitt 7 und dem Sitzhalter 4 gehalten
ist. In einigen Ausführungsbeispielen
kann der Sitz 3 zwischen den Randabschnitt 7 und
den Sitzhalter 4 „geklemmt" sein.
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Die
zweite Seite 4B des Sitzhalters 4 trägt zudem
eine elastisch flexible, kuppelförmige
Membran 5 innerhalb der Ventilkammer 10, wie sie
dem Fachmann bestens bekannt ist. Diese Membran 5 ist fest
entlang ihrem Umfang zwischen den Sitzhalter 4 und eine
Kappe 16 geklemmt, der in das eine Ende 10A der
Ventilkammer 10 eingesetzt ist, und hat einen zentralen
Abschnitt 5A. Die Membran 5 ist derart in der
Ventilkammer 10 gehalten, dass der zentrale Abschnitt 5A neben
dem Ventilsitz 3 angeordnet ist, wobei die die kuppelförmige Membran
so gekrümmt ist,
dass der zentrale Abschnitt 5A der Membran 5 normalerweise
nicht mit dem Sitz 3 in Kontakt ist. Die Kappe 16 ist
mittels Kappenmuttern, wie sie dem Fachmann bestens bekannt sind,
fest an dem Körper 2 befestigt,
so dass die Membran 5 zwischen den Sitzhalter 4 und
die Kappe 16 geklemmt ist, um eine luftdichte Dichtung
zu bilden.
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Die
Kappe 16 trägt
ein wahlweise betätigbares
Antriebselement 6, das eine sich hin- und herbewegende
Stange 17 und einen Kopfabschnitt 18 umfasst,
der so angeordnet ist, dass er die Membran 5 kontaktiert.
Das Antriebselement 6 kann wahlweise betätigt werden,
um die Stange 17 in die Ventilkammer 10 zu der
Bodenfläche
hin zu drücken,
so dass der Kopfabschnitt 18 gegen die Membran 5 drückt und
so bewirkt, dass sich die Membran 5 derart verformt, dass
ihr zentraler Abschnitt 5A die zweite Fläche 3B des
Sitzes 3 kontaktiert. Der Fachmann wird es zu schätzen wissen,
dass das Antriebselement 6 sowohl manuell, pneumatisch,
elektromagnetisch, elektrisch als auch hydraulisch betätigt werden
kann. Wenn das Antriebselement 6 weiter in die Ventilkammer 10 getrieben
wird, wird der zentrale Abschnitt 5A der Membran 3 fest
gegen die zweite Seite 3B des Sitzes 3 gedrückt, um
eine fluiddichte Dichtung mit diesem zu bilden und so zu verhindern,
dass Fluid von den Einlassweg 8 zu dem Auslassweg 9 fließt und dadurch
das Ventil schließt.
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Um
das Ventil wieder zu öffnen
wird das Antriebselement 6 so angetrieben, dass es die
Stange 17 und den Kopfabschnitt 18 von der Membran 5 weg bewegt
und dadurch ermöglicht,
dass die Membran durch ihre natürliche
Elastizität
in ihre ursprüngliche Position
zurückkehrt.
Der zentrale Abschnitt 5A der Membran bewegt sich von der
zweiten Seite 3B des Sitzes 3 weg, und die Verbindung
zwischen dem Einlassdurchgang 8 und dem Auslassdurchgang 9 wird wieder
hergestellt und somit das Ventil geöffnet.
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Der
Ventilsitz 3 ist ein separates Element, das unabhängig von
dem Körper 2 und
dem Sitzhalter 4 ist. Somit muss lediglich der Sitz 3 ausgetauscht werden,
falls dieser beschädigt
wird. Dementsprechend werden die Reparaturkosten für das Membranventil
der vorliegenden Erfindung gesenkt.
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Indem
der Sitz 3 fest zwischen dem Randabschnitt 7 und
dem Sitzhalter 4 gehalten ist, ist der Sitz 3 an
seiner inneren und äußeren Fläche 3C, 3F getragen,
wobei der Sitz so gegen eine Verformung verstärkt ist. Wenn die Membran 5 durch
das Antriebselement 6 gegen den Sitz 3 gedrückt wird, besteht
also keine Gefahr, dass sich der Sitz 3 verformt, wie es
bei dem Sitz des Membranventils nach dem Stand der Technik gemäß der JP
6-94142A der Fall ist, wie in 4 dargestellt.
Daher besteht bei dem Membranventil der vorliegenden Erfindung nicht die
Gefahr einer Undichtigkeit zwischen dem Körper 2 und dem Sitz 3.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist die Sitzbasis 11 zwischen
dem Randende 7B des Randabschnitts und der gefalzten Sitzhaltenut 12 angeordnet.
In anderen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung jedoch kann die Sitzbasis 11 im
Wesentlichen koplanar mit der Sitzhaltenut 12 gebildet
sein, oder die Sitzbasis 11 kann weiter in die Bodenfläche 10C der
Ventilkammer hinein gefalzt sein als die Sitzhaltenut 12.
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Die
vorliegende Erfindung gibt daher ein Membranventil 1 an,
das einen Körper 2,
einen Sitz 3, einen Sitzhalter 4, eine Membran 5,
ein Antriebselement 6 und einen Randabschnitt 7 umfasst.
Der Randabschnitt 7 ist auf dem Körper 2 entlang dem Umfang
innerhalb des Sitzes 3 gebildet, und der Sitz 3 ist
zwischen dem Randabschnitt 7 und dem Sitzhalter 4 gehalten.
Wird der Sitzhalter also beschädigt, muss
nur der Sitz an sich ausgetauscht werden und die Reparaturkosten
werden somit verringert. Da der Randabschnitt 7 auf dem
Körper 2 innerhalb
des Sitzes 3 gebildet ist, ist der Sitz 3 zudem
verstärkt,
damit er sich nicht verformt, wenn die Membran 5 gegen den
Sitz 3 gedrückt
wird, wodurch nicht die Gefahr einer Undichtigkeit des Ventils zwischen
dem Körper 2 und
dem Sitz 3 besteht.
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- 1
- Membranventil
- 2
- Körper
- 3
- Ventilsitz
- 3A
- erste
Seite des Ventilsitzes
- 3B
- zweite
Seite des Ventilsitzes
- 3C
- zylindrische
Innenfläche
des Ventilsitzes
- 3D
- Flanschabschnitt
auf dem Ventilsitz
- 3E
- Stufe
oder Schulter auf der Außenfläche des Ventilsitzes
- 3F
- Außenfläche des
Ventilsitzes
- 4
- Sitzhalter
- 4A
- erste
Seite des Sitzhalters
- 4B
- zweite
Seite des Sitzhalters
- 4C
- Innenfläche des
Sitzhalters
- 4D
- gefalzter
Abschnitt der Innenfläche
des Sitzhalters
- 4E
- Außenfläche des
Sitzhalters
- 5
- Membran
- 5A
- zentraler
Abschnitt der Membran
- 6
- Antriebselement
- 7
- Randabschnitt
- 7A
- Außenfläche des
Randabschnitts
- 7B
- Ende
des Randabschnitts
- 8
- Einlassdurchgang
- 8A
- Mund
des Einlassdurchgangs
- 9
- Auslassdurchgang
- 9A
- Mund
des Auslassdurchgangs
- 10
- Ventilkammer
- 10A
- ein
Ende der Ventilkammer
- 10B
- anderes
Ende der Ventilkammer
- 10C
- Bodenfläche der
Ventilkammer
- 10D
- innere
Seitenfläche
der Ventilkammer
- 11
- Sitzbasis
- 12
- Sitzhaltekanal
- 13
- Anlageschulter
auf dem Ventilsitz
- 14
- kooperierende
Schulter auf dem Sitzhalter
- 15
- Verbindungslöcher
- 16
- Kappe
- 17
- Stange
- 18
- Kopfabschnitt
des Antriebselements