DE69615212T2

DE69615212T2 - Membranventil

Info

Publication number: DE69615212T2
Application number: DE69615212T
Authority: DE
Inventors: Ingvar Baecklund
Original assignee: ROBOVALVE LIDINGOE AB
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: NO312980B1; EP0859923B1; JP3956152B2; NO982123D0; JP2000501156A; USRE42084E1; ATE205584T1; DK0859923T3; WO1997017558A1; CA2235965A1; NO982123L; SE9503995D0; SE510424C2; EP0859923A1; US5971025A; ES2160844T3; SE9503995L; DE69615212D1; CA2235965C; AU7593696A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des Dreiwege-Membranventils, das in der WO 95/00782 beschrieben ist.
Das Membranventil ist dazu vorgesehen, einen Strom eines gasförmigen oder flüssigen Fluids zu steuern und weist ein Ventilgehäuse mit einer Ventilkammer auf. In die Ventilkammer mündet ein zentraler Kanal und auf jeder der beiden Seiten desselben ein erster Seitenkanal bzw. ein zweiter Seitenkanal. In dem Gehäuse sind Ventilsitzmittel angeordnet und eine elastische Membran ist dazu vorgesehen, in berührenden Kontakt mit und weg von mindestens einem der Ventilsitzmittel gebracht zu werden, durch Steuermittel zum Betätigen der Membran. Mindestens einen Teil eines jeden Ventilsitzmittels haben der Zentralkanal und einer der Seitenkanäle gemeinsam. Zwei Steuermittel sind einerseits vorgesehen, um die Membran jeweils gegen einen solchen Teil zu drücken, wodurch der Fluiddurchgang zwischen dem Zentralkanal und dem jeweiligen Seitenkanal geschlossen wird, andererseits um jeweils einen Teil der Membran von dem zugeordneten Teil der Ventilsitzmittel abzuheben, um dadurch einen Fluiddurchgang zwischen dem Zentralkanal und dem zugeordneten Seitenkanal zu öffnen.
Dieses Membranventil nach dem Stand der Technik hat sich als sehr gut arbeitend erwiesen. Jedoch besteht ein Wunsch, es in ein Vierwege-Ventil umzubauen, d. h. in ein Ventil zum Mischen von drei Strömen oder um einen Strom zu einem oder mehreren von drei verschiedenen Auslässen zu leiten. Wenn dies erreicht wird, soll das neue Membranventil die gleichen umfangreichen Hygieneanforderungen erfüllen, wie das gemäß dem Stand der Technik, es soll einfach und zuverlässig betätigbar sein und relativ wenig bewegliche Teile aufweisen.
Dieses Ziel wird durch ein Membranventil erreicht, das die kennzeichnenden Merkmale aufweist, welche in den angefügten Ansprüchen angegeben sind.
Die vorliegende Erfindung wird nun näher beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, von denen
- Fig. 1 eine erste Seitenansicht eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
- Fig. 2 eine Draufsicht in der Richtung II-II ist, die in Fig. 1 angegeben ist;
- Fig. 3 eine zweite Seitenansicht des Ventils gemäß der Fig. 1 ist, gesehen in der Richtung III-III, die in Fig. 1 angegeben ist;
- Fig. 4 ein vertikaler Längsschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 ist, jedoch in einem größeren Maßstab;
- Fig. 5 ein Schnitt durch das Ventilgehäuse und die untere Betätigungseinheit ist, entlang einer Linie V-V in Fig. 4;
- Fig. 6 eine Draufsicht des Ventilgehäuses ist;
- Fig. 7 ein Schnitt längs einer Linie VII-VII in Fig. 6 ist;
- Fig. 8 ein Schnitt längs einer Linie VIII-ViII in Fig. 6 ist;
- Fig. 9 ein Schnitt längs einer Linie IX-IX in Fig. 6 ist; und
- Fig. 10 eine Unteransicht des Ventilgehäuses ist.
Das Vierwege-Membranventil gemäß der vorliegenden Erfindung weist drei Hauptkomponenten auf: ein Ventilgehäuse 11, eine obere Betätigungseinheit 12 und eine untere Betätigungseinheit 13.
Wie bereits eingangs erwähnt, stellt das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung eine Weiterentwicklung des Dreiwege- Membranventils dar, das in der WO 95/00782 beschrieben ist. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse und eine Betätigungseinheit auf, die dazu in der Lage ist, Bewegungen einer Membran zu steuern, um die Membran in dichtenden Kontakt mit Ventilsitzen und davon weg zu bringen, die in einer Oberseite des Ventilgehäuses um Mündungen von drei Kanälen herum vorgesehen sind, die in dem Ventilgehäuse vorgesehen sind und die jeweils einen Außenanschluß aufweisen. Das Ventil nach dem Stand der Technik entspricht in allen wesentlichen Komponenten dem oberen Teil des Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung, d. h. der oberen Betätigungseinheit 12 und einem oberen Teil des Ventilgehäuses 11, und es wird nun detailierter beschrieben.
Das Ventilgehäuse 11 weist eine nach oben gerichtete, im wesentlichen kreisförmige Ventilkammer 14 (Fig. 6-9) auf, in die ein erster Seitenkanal 15, ein Zentralkanal 16 und ein zweiter Seitenkanal 17 münden, die jeweils einen äußeren Fluidverbindungsanschluß A, B bzw. C haben. Die Kanäle 15 und 17 sind im wesentlichen symmetrisch in Bezug auf den Zentralkanal 16 angeordnet. Die Mündungen der Kanäle 15 und 16 bzw. 16 und 17 sind durch Ventilgehäusewände 11a bzw. 11b voneinander getrennt, die symmetrisch in Bezug auf den Zentralkanal 16 angeordnet sind. Teile der Oberseite des Ventilgehäuses um die Mündungen der Kanäle bilden Ventilsitze 18 bzw. 19 (Fig. 6, 8, 9).
Eine elastische Membran 21 (Fig. 4) ist an dem Ventilgehäuse 11 angeordnet und dazu vorgesehen, in dichtenden Kontakt mit mindestens einem der Ventilsitze und davon weggebracht zu werden.
Um die Bewegungen der Membran 21 zu steuern, ist das Ventil mit der oberen Betätigungseinheit 12 ausgerüstet, die ihrerseits ein Steuermittel aufweist, das auf die Membran wirkt und Antriebsmittel zum selektiven Bewegen der Steuermittel.
Das Steuermittel weist zwei Druck- und Hebeblöcke 22 und 23 auf, die für eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung in dem unteren Teil eines Gehäuses 24 geführt sind, das einen Teil der oberen Betätigungseinheit bildet. Die Blöcke sind dazu vorgesehen, jeweils einen Teil der Membran gegen das Ventilgehäuse und seine zugeordneten Sitze zu drücken und zugeordnete Teile vom Gehäuse abzuheben. Für den zuletzt genannten Zweck ist die Membran 21 mit zwei Jochs 21a, 21b ausgestattet, die im wesentlichen T-förmige Querschnitte haben und symmetrisch zu einer senkrechten Symmetrie-Ebene angeordnet sind, welche die Mittellinie der Membran und die Achse des Zentralkanals 16 enthält. An einer zugeordneten Unterseite haben die Blöcke 22 und 23 invertierte T-förmige Ausnehmungen, die ein zugeordnetes Joch 21a, 21b aufnehmen. In den Blöcken sind die unteren Enden von Zug- und Druckstangen 25 bzw. 26 befestigt, die abgedichtet in einer Wand 27 des Gehäuses 24 geführt sind.
Die Stangen 25 und 26 sind mit den Blöcken 22 und 23 mittels konischer Gewindestifte 28, 29 verbunden, die in Gewindelöcher der Blöcke eingeschraubt sind und deren Spitzen in Nuten 30, 31 eingreifen, die in den Stangen vorgesehen sind. Die Montage der Stifte erfolgt über Öffnungen in den Seitenwänden 32, 33 des Gehäuses 24, die durch Abdeckungen 34, 35 verschlossen sind.
Das Antriebsmittel zum selektiven Bewegen der Blöcke 22, 23 weist einen ersten Zylinder 36 auf, der in dem Gehäuse 24 ausgebildet ist und einen zweiten Zylinder 37, der in einem Gehäuse 38 ausgebildet ist, das an der Oberseite des Gehäuses 24 angeordnet ist und mit seiner Unterwand 39 den Zylinder 36 verschließt.
Kolben 40 und 41 sind in den Zylindern 36 und 37 geführt und fest mit den oberen Enden der Stangen 25 bzw. 26 verbunden.
Wie in der WO 95/00782 näher erklärt und beschrieben ist, erstreckt sich die Stange 25 abgedichtet durch den Zylinder 36 und seinen zugeordneten Kolben 40.
Eine zugeordnete Feder 41, 42 ist zwischen dem Kolben 40 und der Unterwand 39 des Gehäuses 38 sowie zwischen dem Kolben 41 und einem Deckel 44 angeordnet, welcher den Zylinder 37 verschließt, so daß der zugeordnete Kolben und seine zugeordnete Stange 25, 26 und sein Block 22, 23 in eine nach unten gerichtete Richtung gezwungen werden.
Die Membran 21 ist dicht zwischen einen äußeren Rand 11' des Ventilgehäuses 11 und zugeordneten unteren Rändern 32', 33' der Wände 32, 33 eingeklemmt. Wie in der Schnittansicht der Fig. 4 gezeigt ist, drücken die Blöcke 22, 23 einen zugeordneten Teil der Membran 21 dicht gegen die Sitze 18, 19. Eine selektive Einbringung eines unter Druck stehenden Fluids (im allgemeinen Luft) durch einen Einlaß 36', 37' (Fig. 1) in einen zugeordneten Zylinder 36, 37 unter dem zugeordneten Kolben 40, 41 wird dazu führen, daß entweder eine oder beide Blöcke angehoben werden, wodurch ein zugeordneter Teil der Membran von den Sitzen 18, 19 abhebt, entgegen der Kraft der Federn. Wenn nur der Block 22 angehoben wird, führt dies zu einer Fluidverbindung zwischen den Kanälen 15 und 16 (Anschlüsse A und B), wobei, wenn nur der Block 23 angehoben wird, dies zu einer Fluidverbindung zwischen den Kanälen 16 und 17 führt (Kanäle B und C) und wenn beide Blöcke 22 und 23 angehoben werden, führt dies zu einer Verbindung zwischen allen drei Kanälen 15, 16 und 17 (Anschlüsse A, B und C). Luft auf der anderen Seite der Kolben wird durch die Öffnungen 36" bzw. 37" herausgelassen (Fig. 1).
Soweit das Ventil bis jetzt beschrieben worden ist, entspricht es in seiner Gesamtheit im wesentlichen einem Ventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Dreiwege-Ventils, das in der WO 95/00782 beschrieben ist. Bei einem derartigen Ventil ist der Zentralkanal 16 der Kanal, durch den ein Medium in das Ventil eingebracht wird, um selektiv hin zu einem oder beiden Seitenkanälen 15, 17 verteilt zu werden oder umgekehrt ist der Zentralkanal 16 der Kanal, der selektiv ein Medium aus einem oder beiden Kanälen 15, 16 aufnimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Ventil nach dem Stand der Technik durch einen vierten Anschluß D komplettiert worden, der selektiv mit dem Anschluß B in Verbindung gebracht werden kann.
Dies ist erreicht worden durch Ausbilden einer zweiten Ventilkammer 45 an der Unterseite des Ventilgehäuses 11. Diese Ventilkammer, die in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls im wesentlichen kreisförmig dargestellt ist, ist über eine Öffnung 46 im Ventilkörper mit dem Kanal 16 verbunden. Der Anschluß D ist über einen Kanal 48 mit der Ventilkammer 45 verbunden. Der Kanal 48 ist im wesentlichen in einer Linie mit dem Zentralkanal 16, d. h. er ist ebenfalls ein Zentralkanal in Bezug auf die Seitenkanäle 15 und. 17. Eine Ventilgehäusewand 47 unterteilt die Ventilkammer in zwei Teile, wobei einer mit dem Kanal 48 und einer mit der Öffnung 46 verbunden ist. Eine Oberseite der Ventilgehäusewand bildet einen Ventilsitz 49, der im wesentlichen einem der Ventilsitze 18, 19 entspricht. Der Ventilsitz 49 erstreckt sich in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Ventilsitze 18, 19 ist und zwar aus einem Grund, der weiter unten erklärt wird, vorzugsweise exzentrisch über der Ventilkammer 45. Diese Exzentrizität entspricht vorzugsweise der Exzentrizität eines der Ventilsitze 18, 19.
Eine zweite Membran 50 ist zwischen einen unteren Rand 11" des Ventilgehäuses 11 und zugeordnete obere Ränder 51', 52' der Seitenwände 51, 52 eines Gehäuses 53 eingeklemmt, das einen Teil der unteren Betätigungseinheit 13 bildet. Wie die obere Betätigungseinheit 12, weist die untere Betätigungseinheit Steuermittel auf, die auf die zweite Membran 50 wirken und Antriebsmittel zum Bewegen der Steuermittel.
Dieses Steuermittel weist einen Druck- und Hebeblock 54 auf, der für eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung in den Wänden 51, 52 des Gehäuses 53 geführt ist. Dieser Block ist dazu vorgesehen, mit einem Nasenteil 54' einen Teil der Membran 50 gegen den Ventilsitz 49 (siehe Fig. 7) zu drücken und diesen Teil vom Ventilsitz abzuheben. Für den letzt genannten Zweck ist die Membran 50 mit einem Joch 55 versehen, das einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt hat und exzentrisch angeordnet ist, entsprechend der exzentrischen Anordnung des Ventilsitzes 49.
An einer Oberseite hat der Block 54 eine inverse T-förmige Ausnehmung 56 zur Aufnahme des Jochs 55. In dem Block 54 ist das obere Ende einer Zug- und Druckstange 57 befestigt, die abgedichtet in einer Wand 58 des Gehäuses 53 geführt ist.
Die Stange 57 ist mit dem Block 54 mittels eines konischen Gewindestiftes 59 verbunden, der in ein Gewindeloch, das im Block vorgesehen ist, eingeschraubt ist und dessen Ende in eine Nut 60 eingreift, die in der Stange vorgesehen ist. Die Montage des Stiftes erfolgt durch eine Öffnung in einer Seitenwand des Gehäuses 53, die durch einen Deckel 61 verschlossen ist.
Das Antriebsmittel zum Bewegen des Blockes 54 weist einen Zylinder 62 auf, der in dem Gehäuse 53 ausgebildet ist. Ein Kolben 63 ist in dem Zylinder 62 geführt und fest mit dem unteren Ende der Stange 57 verbunden. Eine Feder 64 ist zwischen dem Kolben 63 und einem Deckel 65 angeordnet, welcher den Zylinder 62 verschließt, so daß der Kolben und seine zugeordnete Stange 57 und der Block 54 in eine nach oben gerichtete Richtung gezwungen werden.
Die Anbringung eines unter Druck stehenden Fluids (im allgemeinen Luft) durch einen Einlaß 66 (Fig. 3 und 4) in den Zylinder 62 wird dazu führen, daß der Kolben 63 sich nach unten entgegen der Kraft der Feder 64 bewegt, wodurch der Teil der Membran 50 abgesenkt wird, welche gegenüber dem Ventilsitz 49 von dem Sitz abdichtet, wobei ein Strom von dem Kanal 48 (Anschluß D) durch die Öffnung 46 zu dem Kanal 16 (Anschluß B) oder umgekehrt ermöglicht wird. Folglich kann der Anschluß B mit einem der Anschlüsse A, C und D, gleichzeitig mit den Anschlüssen A + C, A + D oder C + D oder gleichzeitig mit den Anschlüssen A + C + D verbunden werden. Luft an der Unterseite des Kolbens 63 wird durch eine Öffnung 67 herausgelassen (Fig. 3).
Um ein gleichmäßiges Absenken der Membran 50 zu ermöglichen, kann sie mit einem zweiten Joch 55' versehen sein, das in eine zweite Ausnehmung 56' in dem Block 54 eingreift, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Membran mit zwei Jochs ist vorzugsweise identisch mit der Membran 21 und dies ist der Grund, warum sie vorzugsweise den Ventilsitz 49 exzentrisch in der Ventilkammer 45 angeordnet hat.
Vorzugsweise werden ferner die Blöcke 22, 23 und 54 aus ein und demselben Rohling hergestellt, der die Form einer zylindrischen Stange hat. Die Stange wird geschnitten und jedes Schnittstück wird entweder zu dem Block 54 oder den beiden Blöcken 22 und 23 geformt.
Dem Fachmann ist klar, daß die Federn 42, 43, 64 durch andere Mittel ersetzt werden können, welche die Kolben in eine Richtung zwingen, in der die Membranen gegen die zugeordneten Ventilsitze gedrückt werden. Insbesondere bei größeren Ventilen zeichnen sich solche Mittel vorteilhafterweise durch die Verwendung von Druckluft aus.
Aus den Fig. 1 und 2 sowie den Fig. 6 und 10 geht hervor, daß das Ventilgehäuse 11 obere und untere Flansche 68 bzw. 69 aufweist. Diese Flansche werden dazu verwendet, die obere bzw. untere Betätigungseinheit an das Gehäuse 11 zu klemmen, mittels Bolzen und Muttern 70.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind auch Schraubenköpfe 71, 72 gezeigt zum Befestigen der Deckel 44, 65 an den Gehäusen 38 bzw. 53.

Claims

1. Membranventil zum Steuern eines Stroms eines gasförmigen oder flüssigen Fluids, welches ein Ventilgehäuse (11) mit einer ersten Ventilkammer (14) aufweist, in die ein Zentralkanal (16) und auf jeder Seite desselben ein erster Seitenkanal (15) bzw. ein zweiter Seitenkanal (17) münden, die jeweils einen Außenanschluß (A, B, C) für Fluid haben, ersten und zweiten Ventilsitzmitteln (18, 19), die in dem Gehäuse angeordnet sind, einer ersten elastischen Membran (21), die dazu vorgesehen ist, in einen berührenden Kontakt mit und weg von mindestens einem der ersten und zweiten Ventilsitzmittel gebracht zu werden, wobei mindestens ein Teil eines jeden Ventilsitzmittels dem Zentralkanal (16) und einem der Seitenkanäle (15, 17) gemeinsam zugeordnet ist, ersten und zweiten Steuermitteln (22, 23), die einerseits dazu vorgesehen sind, die erste Membran (21) gegen jeweils ein Ventilsitzmittel zu drücken, wodurch ein Durchgang von Fluid zwischen dem Zentralkanal und dem zugeordneten Seitenkanal geschlossen wird, andererseits, um jeweils einen Teil der ersten Membran von dem zugeordneten Ventilsitzmittel abzuheben, wodurch ein Durchgang von Fluid zwischen dem Zentralkanal und dem zugeordneten Seitenkanal geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (11) mit einer zweiten Ventilkammer (45) versehen ist, in die ein vierter Kanal (48) mündet, der einen Außenanschluß (D) für Fluid aufweist und der mit dem Zentralkanal (16) über eine Öffnung (46) in dem Ventilgehäuse verbunden ist, daß ein drittes Ventilsitzmittel (49) in der zweiten Ventilkammer (45) vorgesehen ist, daß eine zweite elastische Membran (50) vorhanden ist und dazu vorgesehen ist, in dichtenden Kontakt mit und weg von dem dritten Ventilsitzmittel (49) gebracht zu werden und daß ein drittes Steuermittel (54) vorgesehen ist, um einerseits die zweite Membran (52) gegen das dritte Ventilsitzmittel (49) zu drücken, wodurch ein Durchgang von Fluid zwischen dem vierten Kanal (48) und dem Zentralkanal (16) geschlossen wird und andererseits, um die Membran aus ihrem Kontakt mit dem dritten Ventilsitzmittel (49) zu entlassen, wodurch ein Durchgang von Fluid zwischen dem vierten Kanal (48) und dem Zentralkanal (16) geöffnet wird.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventilkammer (14) auf einer Seite des Ventilgehäuses (11) angeordnet ist und die zweite Ventilkammer (45) auf einer gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses angeordnet ist.

3. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kanal (48) im wesentlichen in einer Linie mit dem Zentralkanal (16) angeordnet ist.

4. Membranventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das dritte Ventilsitzmittel (49) im wesentlichen senkrecht zur Richtung der ersten und zweiten Ventilsitzmittel (18, 19) erstreckt.

5. Membranventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ventilsitzmittel (18, 19) symmetrisch angeordnet sind, in Bezug auf eine senkrechte Symmetrieebene durch das Ventil, wobei die Ebene den Zentralkanal (16) enthält, daß die ersten und zweiten Steuermittel (22, 23) symmetrisch zu einem Mittelteil der ersten Membran (21) angeordnet sind, um gegen sie über einem zugeordneten ersten und zweiten Ventilsitzmittel (18, 19) zu wirken und daß das dritte Ventilsitzmittel (49) exzentrisch in der zweiten Ventilkammer (45) angeordnet ist und daß das dritte Steuermittel (54) dazu vorgesehen ist, auf die zweite Membran (52) über dem dritten Ventilsitzmittel (49) einzuwirken.