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Membranventil Die Erfindung bezieht sich auf Membranventile, d. h.
auf Ventile, bei denen der Flüssigkeitsstrom in einem Kanal durch das Ventilgehäuse
unterbrochen wird., indem eine aus Gummi oder ähnlichem biegsamern Stoff bestehende
Membran durch Niederdrücken mit einer sich quer über den Kanal erstreckenden Trennwand
in Berührung gebracht wird. Die Membran erstreckt sich quer über eine Öffnung in
der Metallwand des Ventilgehäuses, und ihr Rand wird rund um diese öffnung auf das
Gehäuse von einer Kappe geklemmt, die auf das Gehäuse geschraubt oder in anderer
Art darauf befestigt ist und in welcher die Betätigungsmittel zum Niederdrücken
der Membran untergebracht sind.
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In spannungslosem Zustand ist die Membran im wesentlichen gemäß der
geöffneten Ventilstellung durchgewölbt. Erfindungsgemäß ist der Rand der Membran
für ein derartiges Membranventil jedoch derart eingespannt, daß er in nicht eingebautem
Zustand kegelstumpfförmig oder ähnlich so abgebogen ist, daß die dem Durchfluß zugewandte
Seite nach dem Einbau der Membran an der Einspannstelle auf Zug vorgespannt, in
Schließlage aber spannungslos ist.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher erklärt, in denen
Abb. reinen Aufriß zur Hälfte im Längsschnitt eines bekannten Membranrventils darstellt,
bei dem die Erfindung vorzugsweise Anwendung finden soll, Abb.2 einen diametralen
Schnitt durch eine Membran der üblichen, gegenwärtig bei solchen Membranen gebräuchlichen
Form in entspanntem Zustand,
Abb. 3 einen diametralen Schnitt der
Form einer entspannten Membran für das Ventil der Abb. i gemäß Erfindung und Abb.
q. einen Grundriß der Membran nach Abb. 3.
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Die allgemeine Form des in Abb. i gezeigten Ventils ist bekannt. Das
Ventilgehäuse i hat Flansche 2 und 3, die zum Anschluß, an eine Rohrleitung geeignet
sind:. Ein Flüssigkeitskanal ,4 geht von einem Ende zum anderen. durch das Gehäuse;
aber der Kanal ist: nicht gerade, da er von einer Trennwand 5 mit einem nach unten:
gewölbten oberen Rand 6 durchsetzt ist, die sich quer über den Flüssigkeitskanal
erstreckt. Gegenüber der Trennwand ist eine annähernd kreisförmige Öffnung 7 im
Ventilgehäuse i, gewöhnlich von doppeltem Durchmesser der Bohrung des Flüssigkeitskanals
q.. Auf den Rand 8 dieser Öffnung ist der Rand g einer Membran io geklemmt, die
sich über die gesamte Oberfläche der Öffnung 7 erstreckt. Der Rand der Membran ist
mittels einer Kappe i i auf das Ventilgehäuse geklemmt. Diese Kappe i i ist in der
dargestellten Ausführung mittels Schrauben oder Stiftschrauben. i2 auf dem Körper
gehalten; jedoch ist diese Art der Befestigung der Kappe nicht wesentlich für die
Erfindung.
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Es gibt viele bekannte Arten, auf die man die Membran io in dichte
Berührung mit der Trennwand 6 bringen kann. Diese bilden nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung. Die Membran kann pneumatlisch oder hydraulisch durch Luft-oder Wasserdruck,
der gewöhnlich auf einen Kolben oder eine andere Membran wirkt, und durch ein Betätigungsorgan
niedergedrückt werden. Das dargestellte Ventil ist ein handbetätigtes Ventil, in
dem das Betätigungsorgan 13 durch Schraubenbewegung auf die Membran wirkt.
Die Kappe i i besitzt ein Lager für die Spindel 1q., die außerhalb des Gehäuses
ein Handrad 15 trägt und an ihrem unteren Ende bei 16 mit Gewinde versehen
ist, um in eine Mutter 17 einzugreifen, die im Betätigungsorgan 13 gelagert ist.
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Das hier gezeigte Betätigungsorgan 13 hat einen festen Mittelteil,
aus dem radiale Stege 18 mit erhaben gekrümmten, fingerartigen unteren Vorsprüngen
ig vorstehen. Der feste Mittelteil ist durch eine eingeschraubte und in die Membran
eingebettete Stiftschraube mit :der Membran io verbunden.
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In der gezeigten Ausführung ist zwischen die Kappe ii und den, Rand
der Membran io ein gewölbtes Metallblech 21 geklemmt, das in, seiner Mitte eine
weite Öffnung hat und dessen innerer Teil 2:2 geschlitzt ist, um den Durchgang der
Stege rg zu gestatten, Diese Einzelheiten an sich bekannter Ausführungen sind hier
nicht beschrieben, um die vorliegende Erfindung einzuschränken, sondern um die beträchtlichen
Bemühungen aufzuzeigen, die bisher schon, gemacht wurden, um einen weiten Durchflußraum
in einem mäßig großen Ventil zu erreichen, wenn das Ventil geöffnet _ ist, und um
einen vollständigen Verschluß des Flüssigkeitskanals zu sichern, wenn das Ventil
geschlossen ist.
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Gewöhnlich ist. die Membran, io aus Gummi, jedoch in bestimmten Fällen
kann sie auch aus Gummiersatz hergestellt sein. Sie muß stark genug sein, um dem
Druck der Flüssigkeit zu widerstehen. Ist sie indessen sehr dick, so wird ihre Biegsamkeit
gering sein. Sie kann daher mit Textilgewebe od. dgl. verstärkt werden, wie bei
23 gezeigt. Denn es erhellt, daß- das Ausmaß, in dem -die Membran gebogen oder nach
oben und unten ausgebaucht werden kann, von der Biegsamkeit der Membran und von
ihrem Durchmesser abhängt. Um ihren Durchmesser zu vergrößern, müßte man das Gehäuse
i und die Kappe i i vergrößern, wodurch sich das Gewicht und die Kosten des Ventils
erhöhen. Daher ist die Membran verhältnismäßig dünn und biegsam gemacht, und sie
wird gegen den Flüssigkeitsdruck bei offener Stellung durch das gewölbte Blech2i
und in, geschlossener Stellung von -den gekrümmten Rändern der Stege ig des Antriebsorgans
gestützt.
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Während, diese Maßnahmen ein Ventil mit weitem Rauminhalt des Flüssigkeitskanals
in geöffneter Stellung im Verhältnis zur Größe und zum Gewicht des Ventils schaffen,
neigen sie dazu, den, zuverlässigen Schluß bei geschlossenem Ventil schwieriger
zu gestalten- Denn unvermeidlicherweise gibt es Unvollkommenheiten in: -der Oberfläche
des Trennnwandrandes 6; die Trennwand weist vielfach nicht die nötige Maß- und Formgenauigkeit,
auf, es können. Unebenheiten in ihrer Oberfläche vorliegen oder winzige Löcher.
Natürlich werden: solche Mängel auf das praktisch mögliche Mindestmaß beschränkt,
doch muß immer mit der Unvollkommenheit des Trennwandrandes gerechnet werden.
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Wenn nun eine dicke Gummimembran auf die Trennwand gedrückt wird,
wird bei genügendem Druck die Pressung des Gummis selbst bewirken, daß er sich in
die Unvollkommenheiten: der Form einpaßt, in die winzigen Löcher bettet und die
Verschlußberührung mit den unebenen Stellen der Oberfläche herstellt. Aus diesem
Grund hat man vorgeschlagen, die Membran :dicker zu machen, als Festigkeitserwägungen
es verlangen, trotz des damit verbundenen Verlustes an Biegsamkeit.
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Wenn: alle diese Maßnahmen getroffen sind, wird immer noch beobachtet,
daß ein sehr beträchtlicher Druck auf die Membran ausgeübt werden muß, um vollständigen
Schluß zu sichern. Es ist aus vielen Gründen nicht wünschenswert, daß solcher Druck
nötig wird, da :die Membran hierunter leidet. Die Teile, durch die der Druck ausgeübt
wird, müssen stärker und daher schwerer gemacht werden, und wenn, wie in einer Wäscherei,
das Ventil mit seifigen Händen bedient werden muß, kann es schwierig sein, den notwendigen
Druck auszuüben.
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Eine Untersuchung hat gezeigt, daß das Lecken, das am schlechtesten
verhindert werden kann, an den Enden der Trennwand auftritt, und man hat festgestellt,
:daß dies der Tatsache zuzuschreiben
ist, daß der Gummi, wenn, er
durch das Betätigungsorgan. niedergedrückt wird, sich nicht der Gestalt der Trennwand
anpaßt.
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Es ist offensichtlich, daß eine Membran für ein Membranventil auf
dreierlei Weise gebildet sein kann. Sie kann flach sein. Das ist nicht wünschenswert,
denn der Gummi muß dann zur ganz geöffneten oder geschlossenen Stellung umgeformt
werden, bevor sein Randeingeklemmt wird, und obgleich dies von Sachverständigen
in Ventilfabriken geschehen kann, wird es gewöhnlich vom Bedienungsmann, wenn die
Membran ersetzt werden soll, nicht richtig gemacht. Sie kann in der Form hergestellt
werden, die sie in geschlossener Stellung hat, aber da sie durch Flüssigkeitsdruck
in die geöffnete Stellung gehoben wird, wird sie sich nicht völlig heben. Man hat
es daher bisher für das beste gehalten, die Membran in der Form herzustellen, die
sie bei völlig geöffneter Stellung des Ventils aufweist, wie in Abb.2 gezeigt wird.
Der mittlere Teil 2.4 der Membran ist so tief gewölbt, wie es mit dem Durchmesser
und der Stärke der Membran vereinbar ist, wobei berücksichtigt werden muß, daß die
Wölbung umgestülpt werden muß, wenn die Membran auf die Trennwand gedrückt wird;
der Rand 3o der Membran, der zwischen die Kappe i i und das Ventilgehäuse i geklemmt
ist, ist hierbei flach. Abb.2 zeigt die Form der entspannten Membran; ihre Oberfläche
ist weder zusammengepreßt noch gespannt. Praktische Untersuchungen haben ergeben,
daß, wenn die Krümmung einer solchen Membran umgekehrt wird, sich der Gummi gerade
aus dem eingeklemmten Rand 3o hervorbeult; das ist verständlich, denn die Oberfläche
des Teiles 25, der auf der Abb. 2 erhaben ist, muß, wenn die Membran auf die Trennwand
gepreßt ist, hohl werden, gerade so, wie der hohle Teil 26 der äußeren Oberfläche
erhaben werden muß. Nun verursacht die Streckung des Teiles 26 selbst keinerlei
besondere Schwierigkeit; doch führt die Pressung des Teiles 25 zur Bildung einer
ringförmigen Rippe oder Beule aus Gummi. Da diese Beule durch die Formveränderung
des Gummis selbst bereits unter Druck steht, kann sie nur schwerlich weiter zusammengepreßt
werden. Dies ist die Ursache dafür, daß der mittlere Teil der Membran und besonders
der der Beule zunächst gelegene Teil nicht fest auf der Trennwand aufliegt.
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Um diese Schwierigkeit zu beheben, wird der Rand der Membran gemäß
der Erfindung derart eingespannt, wie es einleitend angegeben ist, so daß sich die
Membran in Schließlage nicht beult.
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Eine typische Form der Membran gemäß der Erfindung, wie sie für das
Ventil auf Abb. i geeignet ist, wird in Abb. 3 gezeigt. Daraus ist zu ersehen, daß
der gesamte Randteil der Membran, nämlich der Teil 26, konisch ist. Die Erzeugerlinie
der konischen Oberfläche ist nicht gerade; eine Tangente an die Oberfläche wird
um so steiler zur Ebene des Membranrandes geneigt, je weiter der Berührungspunkt
der Tangente sich vom Rande entfernt.
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Die Membran ist im Grundriß auf Abb. q. zu sehen. Sie ist in der Längsrichtung
des Ventilgehäuses etwas verlängert, damit sie den Nuten im Gehäuse i i entspricht,
in die Nasen am Antriebsorgan eingreifen, um es gegen Drehung zu sichern. In ihrem
Rand sind Aussparungen 2-7 oder Durchbohrungen für den Durchlaß von Stiftschrauben
12 vorgesehen. Vorsprünge 28 an ihrem Rand dienen dazu, Typen- und Größenbezeichnungen
des Ventils anzubringen, für das die Membran bestimmt ist, so daß die zum Ersatz
erforderliche Membran ermittelt werden kann, ohne das Ventil auseinanderzunehmen.
Die Einspannbreite ist durch die gestrichelte Linie 2o angegeben.
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Es ist jedoch nicht wesentlich, -daß die Membran bis ganz an ihren
Außenrand hin konisch ist. Es soll lediglich erreicht werden, daß der Teil
25 in Spannung ist, wenn die Membran auf das Ventilgehäuse geklemmt und in
geöffneter Stellung ist, so daß, wenn seine Krümmung umgekehrt wird, der Teil
25 im wesentlichen entspannt ist anstatt zusammengedrückt. Es kann. daher
für manche Zwecke gut sein, die Membran etwa bis zum Radius der inneren Ränder der
Öffnung 27 konisch zu formen und den äußeren Rand flach zu lassen.