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TECHNISCHES
SACHGEBIET DER ERFINDUNG
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Der Gegenstand der Erfindung ist
auf ein Membranventil für
eine hohe Strömung
des allgemeinen Typs, der in den US-Patenten Nr.'n 4,671,490; 4,732,363; und 4,750,709
gerichtet. Insbesondere ist die Erfindung auf ein Membranventil
gerichtet, das eine verbesserte Ventilsitzanordnung und eine verbesserte
Gehäusedichtung
unter Verwendung einer Einzelklemmen- und Eckenanordnung besitzt.
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Aus dem Dokument US-A-4 671 490 ist
(siehe insbesondere 1, 6 und die entsprechende Beschreibung) eine
Fluidstrom-Steuervorrichtung bekannt, die einen ersten Körper 10 und
einen zweiten Körper 50;
eine Einrichtung 18 zum Zusammenklemmen der Körper, um
eine Fluiddichtung zwischen ihnen zu bilden; wobei die Membran 26 eine
Fluidstromseite und eine Nicht-Fluidstromseite aufweist; wobei jeder
der Körper
einen im Allgemeinen planen Flächenabschnitt 62, 64 in
der Nähe
ihres jeweiligen Außenumfangs
aufweist; wobei wenigstens einer der im Allgemeinen planen Flächenabschnitte
an eine äußere Ecke 72 desselben
angrenzt; wobei die Membran 26 zwischen den im Wesentlichen
planen Flächenabschnitten
verklemmt ist; wobei die Membran 26 einen Außenumfangsabschnitt
angrenzend an die im Wesentlichen planen Oberflächenabschnitte angrenzend besitzt
und sich dieser über
die äußere Ecke 72 radial
nach außen
von der Klemme biegt und abdichtet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Membranventile sind allgemein bekannt
und umfassen eine Körperdichtungsanordnung
und eine Ventilsitzanordnung. Die Körperdichtung wird typischerweise
an dem oder nahe dem äußeren Umfangsbereich
der Membran durch Verklemmen und Zusammendrücken der Membran zwischen den
zueinander hinweisenden Oberflächen
des Ventilkörpers
erreicht. Ungenauigkeiten in den Körperflächen und der Membranfläche können allerdings
eine sehr hohe Kompression der Membran erfordern, um eine zufriedenstellende
Dichtung zu erreichen. Härtere Materialien
für die
Membran erhöhen
das Körperdichtungsproblem
an den Klemmflächen.
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Ein Ventilsitz wird dazu verwendet,
einen Einlass- und Auslassdurchgangsweg durch Eingreifen in die
Membran abzudichten. Frühere
Designausführungen
tendieren dazu, dass sie große
Oberflächenbereiche
des Sitzes, ausgesetzt dem Fluid, haben, was demzufolge die Möglichkeit
eines Leckagepfads und einer Kontamination schafft. Ventilsitzoberflächen können mit
spezifischen Konturen vorgeformt werden, um ein Abdichten zu verbessern,
allerdings tendieren solche Schritte dazu, dass sie zeitaufwendig
sind und demzufolge teurer sind.
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Dementsprechend ist es eine allgemeine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Ventil vom Membran-Typ zu schaffen,
das eine verbesserte Körperdichtungs-
und Ventilsitzanordnung hat und das unter wettbewerbsfähigen Kosten
und einer Funktionsweise hergestellt werden kann, und zwar mit höheren Durchflussraten,
die erreicht werden, unter Verwendung ähnlicher Gesamtdimensionen
der Vorrichtung.
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Gemäß der Erfindung werden eine
Strömungsteuervorrichtung,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist, und ein Verfahren, wie es in
Anspruch 16 definiert ist, geschaffen. Die abhängigen Ansprüche 2 bis
15 beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Diese und andere Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden leicht durch Fachleute auf dem
betreffenden Fachgebiet aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
mit dem besten Modus, vorgesehen zum Durchführen der Erfindung, unter Berücksichtigung
der beigefügten
Zeichnungen, verstanden und ersichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Ventile der vorliegenden Anmeldung können am
besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden
werden, wobei:
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1 zeigt
eine vertikale Querschnittsansicht durch eine mittels Hand betätigte Version
des Membranventils;
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2 zeigt
eine isometrische Explosionsansicht des Betätigungsabschnitts des Ventils
der 1;
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3 zeigt
eine Teilschnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie 3-3 der 1, die allerdings eine Anzeigewählscheibe
darstellt, verwendet in Verbindung mit dem manuellen Betätigungssystem der 2;
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4A zeigt
eine Aufrissansicht des Körperelements,
verwendet in allen Versionen des in Rede stehenden Ventils;
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4B zeigt
eine Ansicht, vorgenommen entlang einer Linie 4B-4B der 4A;
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4C zeigt
eine stark vergrößerte Ansicht des
umkreisten Bereichs der 4B;
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5A und 5B zeigen Ansichten, den umkreisten Bereich
der 1 darstellend, unmittelbar bevor
die Kappe in einen Eingriff mit der Membran verklemmt wird und unmittelbar
nach dem Abschluss des Verklemmens;
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6A, 6B und 6C stellen
den umkreisten Sitzbereich der 1 während der
Abfolge eines Bildens und Verstemmens des elastischen Dichtelements
in eine Position in den Körper
dar;
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7 zeigt
einen vertikalen Querschnitt durch eine mittels Luft betätigte Version
des Ventils (diese Version ist ein normalerweise geschlossener Luftaktuator);
und
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8 zeigt
eine vertikale Querschnittsansicht durch einen normalerweise offenen
Luftaktuator, der an dem Ventilkörper
der 1 oder der 7 verwendet werden kann.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie hier zuvor erwähnt ist,
verwenden die Ventile der vorliegenden Erfindung alle ein gemeinsames
Körper-
bzw. Gehäusedesign
und einen -aufbau, die am besten unter Bezugnahme auf die 1, 4A, 4B, 4C, 5A, 5B, 6A, 6B und 6C verstanden werden können. Wie hier dargestellt
ist, ist der Körper 10 aus
einem geeigneten Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, spanabhebend
bearbeitet, und weist einen Einlasskanal 12 auf, der sich
mit einem sich vertikal erstreckenden Strömungskanal 14 verbindet,
der zu einer mit Ventil versehenen Auslassöffnung 16 an dem oberen
Ende des Körpers 10 führt. Ein
Ausgang oder ein Auslasskanal 18 erstreckt sich nach unten
parallel zu dem Kanal 14 und verbindet einen Auslass 20.
Das obere Ende des Körpers 10 ist in
Umfangsrichtung bei 22 mit Gewinde versehen, um ein Überwurfmutterelement 24 verschraubt
aufzunehmen. Über
dem oberen Ende des Körpers 10 und
daran durch ein Kappenelement 26 verklemmt ist eine Mehrschicht-Metallmembran 28 vorhanden.
Der allgemeine Aufbau und die Anordnung der Membran 28 kann
so sein, wie dies, zum Beispiel, in den vorstehend erwähnten US-Patenten
beschrieben ist. Wichtig für
die vorliegende Erfindung ist die Art und Weise, in der die Umfangskante
der Membrananordnung 28 relativ zu dem Körper 10 verklemmt
und abgedichtet ist. In dieser Hinsicht wird auf die 4A–4C, 5A und 5B verwiesen. Wie in 4C dargestellt
ist, erstreckt sich ein hoch stehender Flansch 30 umfangsmäßig um das
obere Ende des Körpers 10 herum
und umgibt sowohl den Auslass von dem Kanal 14 als auch
den Einlass zu dem Kanal 18. Die äußere Wand des Bunds 30 ist
vorzugsweise so geneigt, wie dies dargestellt ist, so dass der eingeschlossene äußere Eckenwinkel 32 in
dem Bereich von ungefähr
120° bis
145° liegt;
dieser Bereich ist allerdings beispielhaft, wobei der eingeschlossene Winkel
bei irgendeinem geeigneten Wert basierend auf dem gesamten Vorrichtungsdesign
und der -konfiguration ausgewählt
werden kann.
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Die 5A und 5B sind stark vergrößerte Darstellungen, die die
Beziehung zwischen dem Flansch oder dem Bund 30, der Membrananordnung 28 und
dem unteren Klemmkantenbereich der Kappe 26 darstellen.
Die Membran 28 ist in einer Position auf der oberen, ebenen
Oberfläche 30a des
Bunds 30 dargestellt. Vorzugsweise ist die Membran mit
einem konvexen Mittenabschnitt (siehe 1)
und einem im Wesentlichen ebenen, sich radial erstreckenden Umfangskantenabschnitt 28a versehen,
wie dies in 5A dargestellt ist. Die
Kappe 26 selbst besitzt eine mit Kontur versehene, untere
Umfangsfläche, die
eine Abflachung 26a besitzt, die durch eine zylindrische
Wand 26b umgeben ist, die in einer Ecke 26c endet.
Wenn die Kappe in einen klemmenden Eingriff gedrückt wird, wie dies in 5B dargestellt ist, verklemmt die Abflachung 26a die
obere Fläche
der Membrananordnung 28, wie dies dargestellt ist. Die Ecke 26c lenkt
allerdings den äußeren, peripheren Bereich
der Membran nach unten ab und biegt ihn, was einen hohen Dichtdruck über die
Ecke 32 des Bunds 30 erzeugt. Die Endbeziehung
ist in 5B dargestellt.
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Die Klemm-Abfolge ist wie folgt.
Wenn die Kappe in einen anfänglichen,
klemmenden Eingriff gedrückt
wird, wie dies in 5A dargestellt ist,
lenkt die Ecke 26c den äußeren Umfangsabschnitt 28a der Membran
nach unten ab und biegt sie über
die Ecke 32 des Bunds 30 (siehe 5A).
Die Abflachung 26a beginnt damit, die obere Fläche der
Membran 28 gegen die obere, ebene Fläche 30a des Bundes 30 zu drücken (vorzugsweise,
allerdings nicht notwendigerweise, liegt die Abflachung 26a im
Wesentlichen parallel zu der Abflachung 30a, wenn die Kappe
und der Körper
zusammen verklemmt werden), während
die Ecke 26c fortfährt,
auf den Umfangsbereich 28a der Membran einzuwirken, was
demzufolge die Membran 28 biegt und um die Ecke 32 herum
legt. Die Kraft, die während
dieses Aufbauvorgangs aufgebracht wird, ist ausreichend, um die Membran 28 und die
Ecke 32 zu deformieren oder zu strecken, um eine primäre Körperdichtung
dazwischen zu erzeugen. Die Deformation und die Streckung der Ecke 32 und
der Membran, um die primäre
Dichtung zu bilden, wird durch eine geeignete Dimensionierung des Durchmessers
der Ecke 26c und der Härte,
des Durchmessers der Ecke 32, der Länge der zylindrischen Wand 26b und
die Dicke der Membran 28 kontrolliert. Es ist bevorzugt,
allerdings wiederum nicht erforderlich, dass die Deformation oder
die Streckung primär
an der Ecke 32 und der Membran auftritt, um eine gute,
primäre
Dichtung zu erzeugen; deshalb kann die Kappe 26 aus einem
härteren
Material als der Bund 30 hergestellt werden. Ein geeignetes
Material ist ein rostfreier Stahl mit 17-4PH (precipitation hardend – ausscheidungsgehärtet), obwohl dies
nur ein Beispiel von rostfreiem Stahl ist, und andere Materialien,
die ausreichend für
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind. Die primäre Deformation
der Dichtecke 32 ist begrenzt, wenn die Membran 28 zwischen
den flachen, ebenen Flächen 26a und 30a verklemmt
wird, wobei dieses Verklemmen eine sekundäre Dichtung zwischen der Bodenfläche der
Membran 28 und der oberen, ebenen Oberfläche 30a des
Bunds 30 bildet. Diese sekundäre Dichtung und Verklemmung
hilft dabei, Einschlussbereiche zu verringern oder zu eliminieren. Die
radiale, innere Ecke 30b des Bunds 30, und die Klemmkraft,
aufgebracht auf die Membran 28 radial nach innen von der
Ecke 32 des primären
Dichtbereichs aus, arbeitet auch so, um eine Spannung, aufgebracht
auf die primäre
Dichtung unter einem zyklischen Betrieb der Membran 28,
durch Wirken als Schwenkpunkte für
die Membran 28, wenn die Membran hoch und herunter zykelt,
zu verringern. Diese Schwenkpunkte sind radial nach innen von der
primären
Dichtung aus beabstandet und verringern dadurch Spannungen, aufgebracht
auf den primären Dichtungsbereich
während
einer solchen Membranbewegung. Das beschriebene Körper-Dichtungs-Design
verringert wesentlich den inneren Raum, der erforderlich ist, um
dichtend die Membran 28 innerhalb des Ventils zu verklemmen,
was demzufolge mehr an innerem Raum freigibt, um eine Fluidströmung zu
erhöhen.
Darüber
hinaus wird, während
des anfänglichen
Eingriffs, wenn die Ecke 26c in den flachen, äußeren Umfangsabschnitt 28a der
Membran eingreift, die Membran 28 in eine Spannung versetzt,
bevor sie zwischen den Abflachungen 26a, 30a verklemmt wird.
Diese Spannung erhöht
den Radius des Membrandoms und den Übergangsradius zu dem umfangsmäßigen, flachen
bzw. planen Abschnitt 28a. Die Spannung verringert demzufolge
die zyklische Span nungsbeanspruchung, verursacht durch eine „snap-through" Wirkung der Membran.
Beide dieser Effekte verbessern die Ermüdungslebensdauer der Membran 28.
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Der Abschnitt der Kappe 26,
radial nach außen
von der Ecke 26c, kann variieren, wie dies durch die punktierte
Linie dargestellt ist. Zusätzlich
kann der eingeschlossene Winkel der Ecke 26c von weniger
als 90° bis
etwas oberhalb von 100° oder
mehr variieren. Der Winkel sollte allerdings so ausgewählt werden,
um die notwendige Auslenkung der Membran über der Ecke 32 zu
kontrollieren und einen dichtenden Kontakt so, wie dies erforderlich
ist, sicherzustellen.
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Anhand wiederum der 1 wird ersichtlich werden, dass die Klemmkräfte, notwendig
dazu, die Umfangskante der Kappe in einen dichtenden Eingriff mit
der Membrananordnung 28 zu drücken und das notwendige Dichten
und Klemmen über
die Umfangskante der Membran zu erzeugen, durch die Überwurfmutter 24 erzeugt
werden, die geschraubt mit dem Körper
in Eingriff gebracht wird und in geeigneter Weise nach unten angezogen
wird. Wie zuvor erwähnt
ist, besitzt die Membran 28 vorzugsweise eine vorgeformte,
konvexe Form, wie dies in 1 dargestellt
ist, so dass sie sich, in deren normaler, nicht ausgelenkter Position,
oberhalb des Auslasses 16 von dem Kanal 14 aus
erstreckt.
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Die 6A–6C stellen den Sitz und die Art und Weise
dar, wie er zu der Membrananordnung 28 in Bezug steht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist
der Sitz durch ein elastisches Sitzringelement 40 definiert,
das in einer Vertiefung 42 positioniert ist, die umfangsmäßig um das
obere Ende des Kanals 14 herum gebildet ist. Wie 4C zeigt, ist diese Vertiefung 42 so
gebildet, um sich axial innen von der oberen Fläche des Körpers 10 aus zu erstrecken
und einen sich axial erstreckenden Flansch oder Bund 44 zu
schaffen. Radial nach außen
von der Vertiefung 42 ist ein hoch stehender Bund 46 vorhanden,
der die Kontur und allgemeine Konfiguration besitzt, wie dies dargestellt
ist. Wie wiederum insbesondere die 6A–6C zeigen, besitzt der elastische Sitzring 40 die
normale, nicht deformierte Konfiguration, die in 6A dargestellt
ist, und ist aus irgendeinem geeigneten, elastischen Material, wie
beispielsweise PCTFE (Polychlorotrifluoroethylen), oder irgendeinem
der Materialien, die in den vorstehend angegebenen US-Patenten vorgeschlagen
sind, und zwar in Abhängigkeit
von der Betriebsumgebung und den Betriebsbedingungen.
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Die Montage des Sitzes in die Vertiefung 42 hinein
wird in der Folge durchgeführt,
die durch die 6A–6C vorgeschlagen
ist. 6A stellt das Sitzelement, positioniert
in der Vertiefung 42, auf eine Deformation des inneren
Bunds oder Flanschs 44 folgend, dar. Mit dem Sitzelement 40 in
der Vertiefung positioniert, wird ein Verkerbungswerkzeug in eine Position
gebracht, wie dies allgemein durch das Element 50 dargestellt
ist. Das Verkerbungswerkzeugelement 50 wird dann nach unten
gedrückt,
um den Bund oder den Flansch 44 radial nach außen zu einer Position
abzulenken, wie dies in der 6B dargestellt
ist, wo das Sitzelement mechanisch verklemmt ist, dicht ergriffen
und abgedichtet zwischen dem Bund 44 und den umgebenden
Körperabschnitten, umfassend
den Bund 46. Dieser Verkerbungsvorgang bewirkt, dass die
obere Fläche 40a des
Sitzes 40 leicht konkav wird, um enger die Kontur der unteren
Oberfläche
der Membran 28 (gesehen aus Sicht der 6B)
während
des Abschaltens anzupassen und damit in Übereinstimmung zu bringen.
Wenn die Körper-
und die Sitzanordnung darauffolgend in ihre Position in einem betriebsfähigen Ventil
montiert werden, können
die Membrane nach unten während
des ersten Zyklus abgelenkt werden und sie folgen allgemein der
Kontur des unteren Ende des Betätigungsschafts
und/oder der Betätigungstaste
in einer Art und Weise, die nachfolgend beschrieben wird. Das bedeutet,
dass die allgemein konvexe Konfiguration der Membrananordnung konkav
wird und in einer dichtenden Weise in die obere, konkave Endfläche 40a des
Sitzrings 40 eingreift. Die Membran 40 greift weiterhin
in die obere Fläche 46a ein,
um eine Beschädigung
der Membran und des Sitzes aufgrund eines zu hohen Drehmoments oder
einer übermäßigen Kraft
während
des Abstellens zu verringern. Über
ein wiederholtes, zyklisches Arbeiten wird die obere Fläche 40a des
Sitzes dazu tendieren, weiter mit der Membran-Kontur übereinzustimmen.
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Der äußere Umfang 40b des
Sitzes 40 wird nahezu vollständig durch den Bund 46 getragen,
um so eine Sitzbeanspruchung während
hoher Absperr-Kräfte
zu verringern oder zu begrenzen. Auch ist der radial innere Bund 44 wesentlich
kürzer
in seiner axialen Länge
als die axiale Länge
des äußeren Bunds 46.
Zum Beispiel kann die axiale Länge
des inneren Bunds 44 zwischen ungefähr 25% und ungefähr 75% der
axialen Länge
de äußeren Bunds 46 betragen.
Diese Anordnung schafft Raum für
den oberen Abschnitt des Sitzes 40, um sich (wie zum Beispiel
in der Art einer Auswölbung,
wie dies in 6C dargestellt ist) nach
innen während
des Absperrens zu deformieren und die Elastizität des oberen Abschnitts des
Sitzes 40 zu erhöhen,
um sich elastisch unter den Absperr-Kräften zu deformieren, die typischerweise
in verschiedenen Ausführungsformen hier
aufgebracht werden, was demzufolge ermöglicht, dass die obere Fläche 40a des
Sitzes 40 mit der Membran 28 übereinstimmt und gegen diese
abdichtet.
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Der vorstehend beschriebene Konfigurations-
und Montage-Verkerbungsprozess des Sitzes 40 ermöglicht eine ökonomischere
Endbearbeitung der Dichtfläche 40a des
Sitzes 40. Die Dichtfläche 40a des
Sitzes kann zu Anfang als flache, horizontale Fläche gebildet werden, um den
Endbearbeitungsschritt davon zu vereinfachen. Falls die Sitzfläche 40a konkav
gebildet werden würde,
würde dies
dazu führen,
dass es wesentlich kostspieliger ist, die Fläche endzubearbeiten. Die konkave
Kontur der Sitzfläche 40a,
die durch den Verkerbungsvorgang erzeugt wird, erhöht auch
den Kontaktflächenbereich zwischen
dem Sitz 40 und der Membran. Dieser vergrößerte Dichtbereich,
umfassend den vergrößerten, radialen
Abstand des Kontaktbereichs, verbessert die Sitzdichtfunktion und
verringert eine Permeations-Leckage über dem Dichtbereich.
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Die Grundstruktur, die bisher beschrieben ist,
wird in Verbindung mit einer Handbetätigungseinrichtung ebenso wie
mit einer normal geschlossenen und normal geöffneten Handbetätigungseinrichtung oder
einer Luftbetätigungseinrichtung
verwendet. Genauer gesagt stellen die 1, 2 und 3 die manuelle Betätigungseinrichtung dar, wogegen
die 7 und 8 die zwei Formen von Luftbetätigungseinrichtungen
oder Bedienungseinrichtungen darstellen. Wie insbesondere die 1–3 zeigen,
ist die Kappe 26 der Hand- oder manuellen Betätigungseinrichtung mit
Innengewinden versehen, die ein außen aufgeschraubtes Betätigungselement 56 aufnehmen,
das ein zylindrisches, unteres Ende 58 besitzt, das durch eine Öffnung 60 mit
verringertem Durchmesser an dem unteren Ende der Kappe 26 hindurchführt. Das untere
Ende der Bedienungseinrichtung ist leicht konvex, wie dies bei 62 dargestellt
ist, und greift direkt in die obere Fläche der Membrananordnung 28 ein.
Die untere Fläche
der Bedienungseinrichtung 62 passt eng die obere Fläche 46a des äußeren Bund 46 an
und spannt die Dichtkräfte
des Sitzes 40 in einer radial nach außen gerichteten Richtung vor,
wo der Sitz 40 durch den angehobenen, äußeren Bund 46 getragen
ist. Vorzugsweise ist ein geeignetes Schmiermittel, entweder fest
oder flüssig,
zwischen der oberen Fläche
der Membrananordnung 28 und der konvexen Betätigungsfläche 62 der
Bedienungseinrichtung 58 positioniert.
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Das Betätigungselement 56 ist
an seinem oberen Ende mit einem verkeilten Endabschnitt 64 mit
verringertem Durchmesser versehen, der den manuellen Betätigungsgriff
66 aufnimmt.
Es wird erkannt werden, dass der Griff 66 eine zentrale Öffnung 68 umfasst,
die auch so verkeilt ist, um dem Endabschnitt 64 des Betätigungselements 56 zu
entsprechen. Das äußerste Ende
des Betätigungselements
ist so verschraubt, wie dies bei 70 dargestellt ist, und
ist so angepasst, um eine Klemmmutter 72 aufzunehmen, die
den Griff 66 in seiner Position hält. Eine geeignete Endabdeckung 74 ist
in ihrer Position in dem Handgriff so einschnappend befestigt, um
die Mutter 72 abzudecken.
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Eine Bewegung des Griffs ist auf
eine Anordnung einer Dreiviertelumdrehung zwischen einer vollständig offenen
und vollständig
geschlossenen Position begrenzt. Dies wird durch ein Anschlagelement 76 erzielt,
das innerhalb des Griffs geformt ist und so angeordnet ist, um in
gegenüberliegende
Seiten eines festen Anschlagelements 78 einzugreifen, das sich
nach oben von dem oberen Ende der Kappe 26 aus erstreckt.
Eine Bewegung des Griffs ist natürlich durch
einen Eingriff zwischen dem Anschlag 76 und dem Element 78 an
gegenüberliegenden
Enden einer Drehung begrenzt.
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Angeordnet zwischen der Kappe 26 und
dem Griff 66 ist ein Grundelement 80, das einen
zentralen, zylindrischen Abschnitt und einen oberen, sich radial erstreckenden
Flansch 82 besitzt. An seinem unteren Ende ist ein Hülsenabschnitt 84 mit
verringertem Durchmesser vorhanden, der sich nach unten innerhalb
des oberen Endes der Kappe 26 erstreckt, wie am besten
in 1 zu sehen ist. Eine
geeignete Öffnung 88 ist
durch das Grundelement 80 hindurch gebildet, um zu ermöglichen,
dass sich der Anschlag 78 nach oben hindurch für einen
Eingriff durch das Anschlagelement 76 des Griffs 66 erstreckt.
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Die obere Fläche des Flansches 82 der
Basis 80 ist mit einer Anzeige des Typs versehen, der in 3 dargestellt ist. Ähnlich ist
der Handgriff mit einer Öffnung
durch seine obere Fläche
so versehen, dass die Anzeige auf dem Flansch 82 dort hindurch sichtbar
ist. Bevorzugt ist die Öffnung
durch den Griff ein Schlitz mit 90°, der im Wesentlichen dem Bereich entspricht,
der mit dem Buchstaben C in den Anzeige-Markierungen versehen ist.
Demzufolge zeigt, wenn sich der Griff in der vollständig geschlossenen Position
befindet, der Bereich des roten C der Anzeige durch die Öffnung hindurch,
was dem Beobachter anzeigt, dass sich das Ventil in einer geschlossenen Position
befindet. Allerdings ist, wenn der Ventilgriff in Gegenuhrzeigerrichtung
bewegt wird, die Anzeige so dargestellt, um sich von einer weiß/grünen Kombination
zu einer vollständig
grünen,
offenen Position hin zu ändern.
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Zusätzlich zu der manuell betätigten Anordnung
ist es möglich,
das Ventil mit anderen Typen von Betätigungseinrichtungen zu betätigen, wie
beispielsweise durch eine normalerweise offene Betätigungseinrichtung,
dargestellt in 8. Diese Betätigungseinrichtung
ist so angeordnet, um direkt auf das obere Ende des Körpers 10 aufgeschraubt
zu werden, und umfasst eine Überwurfmutter 24', die ein kürzeres und
modifiziertes Kappenelement 90 in eine Position so klemmt,
um die Membran in einen dichtenden Eingriff mit dem Körper 10 zu
verklemmen. Das Innere der Kappe 90 ist mit Gewinde versehen,
wie dies bei 92 dargestellt ist. Die Luftbetätigungseinrichtung 94 besitzt
ein Gehäuse 96,
umfassend einen unteren Gehäuseabschnitt 98,
der ein Schraubende 100 mit verringertem Durchmesser besitzt,
das in die Überwurfmutter 90 hineingeschraubt ist,
wie dies dargestellt ist. Der Gehäuseabschnitt 98 definiert
eine innere Kammer mit Mehrfach-Durchmesser,
der an seinem oberen Ende verschraubt ist, wie dies bei 102 dargestellt
ist, und eine Kappe 104 aufnimmt. Die Kappe 104 ist
mit einer mit Gewinde versehenen Einlassöffnung 106 zum Verbinden
mit einer geeigneten Luftversorgungsleitung (nicht dargestellt)
versehen. Innerhalb der Kammern, definiert durch die Gehäusekomponente 98,
ist ein erstes Kolbenelement 108 positioniert, das für eine vertikale Hin-
und Herbewegung befestigt ist und kontinuierlich in eine nach oben
gerichtete Ventilöffnungsrichtung
durch eine relativ starke Schraubenfeder 110 vorgespannt
wird. Das untere Ende oder der Bereich 108a mit verringertem
Durchmesser des Kolbens 108 nimmt eine abnutzungsbeständige Buchse 108b auf,
um den unteren Kolben 108 innerhalb des Gehäuseabschnitts 100 mit
verringertem Durchmesser zu führen.
Das untere Ende des Kolbens 108 lagert sich gegen ein Antriebstastenelement 112 an,
das innerhalb des Abschnitts 100 geführt und zurückgehalten ist, und wird direkt
gegen eine obere Oberfläche der
Membran 28 des zugeordneten Ventilkörpers ein. Vorzugsweise ist
die Taste 112 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gebildet,
das Schmierqualitäten besitzt.
Die untere Endfläche 112a der
Taste 112 ist leicht konvex, um eng die obere, konkave
Fläche 40a des
Sitzes 40 anzupassen. Der Kolben 108 wirkt durch
einen geeigneten O-Ring 114, angeordnet, um sein oberes
Ende herum, abgedichtet. Normalerweise ist der Kolben nach oben
vorgespannt, wie dies dargestellt ist, und zwar zu der Ventilöffnungsposition hin.
Der Bereich unterhalb des Kolbens 108 wird zu der Atmosphäre hin über eine Öffnung 98a belüftet. Ein
zweites Kolbenelement wird oberhalb des ersten Kolbens 108 getragen.
Der zweite Kolben 116 besitzt einen Bereich 118 mit
verringertem Durchmesser, der sich durch ein eine Zwi schenwand definierendes, kolbenähnliches
Element 120 erstreckt, angeordnet im Wesentlichen zentral
zu dem Gehäuse 94.
Die Zwischenwand 120 ist durch einen O-Ring 122 abgedichtet
und der Abschnitt 118 mit verringertem Durchmesser ist
auch durch einen O-Ring 124 abgedichtet, wo
er durch die Wand 120 hindurchführt. Der Bereich zwischen dem
oberen Kolben 116 und dem Zwischenkolben 120 wird
zu der Atmosphäre
hin über eine Öffnung 98b belüftet.
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Luft, zugeführt über die Einlassöffnung 106, wirkt
gegen die obere Fläche
des Kolbens 116 und wird auch durch die Mittenöffnung 116a und
die radialen Nuten 116b geführt, um so den Raum zwischen der
unteren Fläche
der Wand 120 und der oberen Fläche des Kolbens 108 zu
füllen.
Demzufolge ermöglicht
dies, dass die nach unten gerichtete Kraft sowohl des Bereichs des
oberen Kolbens 116 als auch der Oberseite des Kolbens 108 gegen
die Kraft der Feder 110 wirkt und das Ventil zu einer geschlossenen
Position bewegt. Demzufolge liefert die Zwei-Kolben-Anordnung eine
große
Kraftvervielfachung.
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Zusätzlich zu der normalerweise
offenen Luftbetätigungseinrichtung,
wie dies in 8 dargestellt
ist, wird auch eine normalerweise geschlossene Luftbetätigungseinrichtung
vorgeschlagen und ist in 7 dargestellt. 7 zeigt die Anordnung direkt mit
dem Ventilkörper 10 verbunden.
Die normalerweise geschlossene Betätigungseinrichtungs-Anordnung 130 ist
mit dem Ventilkörper 10 über die
zuvor erwähnte Überwurfmutter 24' und die Kappe 90 verbunden.
Hierbei wird wiederum ein Tastenelement 112 mit einer unteren
Fläche 120 leicht
konvex, um eng die obere, konkave Fläche 40a des Sitzes 40 anzupassen,
verwendet, um direkt gegen die Membrananordnung 28 einzuwirken.
Die Betätigungseinrichtungs-Anordnung 130 umfasst
ein Hauptgehäuseelement 132,
das ein unteres Ende 134 mit verringertem Durchmesser umfasst,
und das verschraubt in der Kappe 90 aufgenommen ist. Das
Gehäuse 132 besitzt
einen Innenraum mit abgestuftem Durchmesser, wie dies dargestellt
ist, und trägt
ein erstes Kolbenelement 136 an seinem unteren Ende. Der
Kolben 136 ist für
eine vertikale Hin- und Herbewegung befestigt und ist durch einen
zentralen O-Ring 138 abgedichtet. An seinem unteren Ende
ist der Abschnitt 140 mit verringertem Durchmesser auch
mit einem O-Ring 142 versehen und ist innerhalb der Öffnung mit
verringertem Durchmesser innerhalb des Endabschnitts 134 abgedichtet.
Zentral zu dem Gehäuseelement 132 ist
eine Wand vorhanden, die ein scheibenähnliches Element 144 definiert,
das um seinen äußeren Umfang
mittels eines O-Rings 146 abgedichtet
ist. Der Bereich unter der Wand 144 wird zu der Atmosphäre hin über eine Öffnung 148 belüftet. Der
obere Endabschnitt 150 mit verringertem Durchmesser des Kolbens 136 ist
dichtend und gleitend durch die zentrale Öffnung in dem Wandelement 144 aufgenommen
und ist während
einer Bewegung dort hindurch durch einen O-Ring 152 abgedichtet.
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Positioniert oberhalb der Wand 144 ist,
für ein
Wirken gegen das obere Ende des Kolbenabschnitts 150, ein
zweiter Betätigungskolben 160 vorgesehen,
der für
eine vertikale Hin- und Herbewegung in dem oberen Ende des Gehäuseelements 132 befestigt
ist und um seinen Umfang herum durch einen O-Ring 162 abgedichtet
ist. Der obere Endabschnitt 164 mit verringertem Durchmesser
des oberen Kolbens 160 ist mit einem O-Ring 165 versehen
und ist gleitend innerhalb einer zylindrischen Bohrung 168,
getragen in einem Endkappenelement 170, aufgenommen. Der
Bereich oberhalb des oberen Kolbens 160 wird zu der Atmosphäre über eine Öffnung 148a belüftet. Das
Endkappenelement ist verschraubt und dichtend an dem oberen Ende
des Gehäuseelements 132 aufgenommen
und trägt
eine relativ starke Schraubenfeder 172, die nach unten gegen
den Kolben 160 wirkt, der wiederum gegen das obere Ende 150 des
Kolbens 136 einwirkt. Demzufolge ist das Ventil normalerweise
zu einer geschlossenen Position hin vorgespannt. Die Darstellung
der 7 zeigt allerdings
das Ventil in seiner offenen Position. Um diese offene Position
zu erreichen, wird Luft durch die Öffnung 170a an dem
oberen Ende der Kappe 170 zugeführt. Sie strömt dann durch
die zentrale Öffnung 160a zu
einer Position unter dem Kolben 160, wo sie eine obere
Kraft ausübt, die
dazu tendiert, gegen die Vorspannung der Feder 172 zu wirken.
Zusätzlich
wird Luft über
die zentrale Öffnung 136a zu
einer Position zugeführt,
wo sie radial durch einen Kanal 136b zu dem Raum unter
dem Kolben 136 fließt.
Dies spannt den Kolben 136 nach oben vor, wobei sich das
obere Ende des Kolbens 150 gegen die Unterseite des Kolbens 160 anlegt. Dies
erzeugt eine Vervielfachung der Kraft, die in eine nach oben gerichtete
Richtung wirkt, was der Membrananordnung 28 ermöglicht,
sich zu der offenen Position, die dargestellt ist, zu bewegen.
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Während
die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon dargestellt
und beschrieben worden ist, dient dies zum Zwecke der Darstellung,
im Gegensatz dazu, einschränkend
zu sein, und andere Variationen und Modifikationen der spezifischen
Ausführungsformen,
die hier dargestellt und beschrieben sind, werden für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet innerhalb des vorgesehenen Schutzumfangs
der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen gegeben ist, liegen.