DE976108C - Membranventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Membranventil mit einer eine Öffnung in der Gehäusewandung des Durchflußkanals abdeckenden Membran, die zum Schließen des Ventils an eine ein Wehr bildende innere Querrippe der gegenüberliegenden Wandung durch einen Klemmkörper angedrückt wird. Derartige Ventile sind bekannt.

Beim öffnen und Schließen eines solchen Membranventils werden einer flach ausgebildeten Membran starke Zugspannungen mitgeteilt, wobei bei flacher Einspannung der Membran noch eine Scherwirkung auf die Membran an der Einspannstelle ausgeübt wird. Bei bekannten Membranventilen wurde versucht, diese Scherwirkung zu beseitigen, indem die Membran in der Weise eingeklemmt wurde, daß ihr Rand nach dem Strömungskanal zu geneigt war. Weiterhin wurde bei bekannten Bauarten zur Verminderung der Zugspannung in der Offenlage die Membran so geformt, daß sie in dieser Lage entspannt ist. Bei runden und ovalen Membranen wurde die Zugspannung in Offen- und ScMießlage dadurch verringert, daß sie in bestimmter Weise vorgeformt waren und in einer herabgezogenen Einspannung festgeklemmt wurden. Bei ovalen Membranen, deren Druckstück ebenfalls oval geformt war, verlief jedoch der große Durchmesser des Ovals immer quer zur Strömungsrichtung.

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Wenn das Wehr im Durchflußkanal des Membranventils verhältnismäßig hoch bemessen ist, so verhindert es eine geradlinige Durchströmung und bewirkt eine erhebliche Wirbelung innerhalb des Ventils. Bekannte Anordnungen werden daher so getroffen, daß der Querschnitt des Durchflußkanals nicht verringert ist, er muß dann jedoch zumindest eine ovale Form erhalten, wobei die kürzere Achse des Ovals wesentlich kleiner ausfällt als der lichte ίο Durchmesser der Leitung. Die Folge dieser Verformung des Durchschnittsquerschnitts am Wehr ist es, daß eine zum Reinigen der Leitung übliche Kugelbürste oder ein Schaber nicht durch das Ventil hindurchtreten kann.

Zwar sind schon Membranventile mit einem niedrigen Wehr und sogar solche ganz ohne Wehr bekannt, doch haben sich diese Ventile nicht bewährt, weil der eingeklemmte Rand der Membran in jedem Falle in der üblichen Weise in einer Ebene liegt. Diese Gestalt der Membran führt aber dazu, daß der zum öffnen und Schließen erforderliche Membranhub eine übermäßig starke Biegespannung erzeugt, oder es ergibt sich der Nachteil, daß die Membran mit einer übermäßig großen Fläche den Leitungsdruck aushalten muß, wenn sie so gestaltet wird, daß sie nur eine geringe Durchbiegung erfährt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein solches Membranventil so auszugestalten, daß sich ein möglichst niedriger Durchflußwiderstand ergibt und daß die Membran einer möglichst geringen Zugspannung ausgesetzt wird, wenn sie beim Öffnen und Schließen des Ventils verformt wird. Schließlich soll dabei eine möglichst geringe Membranfläche dem im Durchflußkanal herrschenden Flüssigkeitsdruck ausgesetzt sein. Außerdem soll die Möglichkeit bestehen, zum Reinigen ein Reinigungsinstrument, beispielsweise eine Kugelbürste oder einen Schaber, durch den Durchflußkanal hindurchzuführen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Membranventil gelöst, bei dem der den Membransitz bildende Rand der über dem Wehr gelegenen Gehäuseöffnung sattelförmig an den Gehäuseseiten abwärts zu den Enden des Wehres hin verläuft, die tiefer als die Oberseite des Durchflußkanals gelegen sind.

Eine andere Lösung der Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die oberhalb des Wehrs befindliche, in der Gehäusewandung vorgesehene öffnung, die Membran und der Rand der den Klemmkörper führenden Haube oval gestaltet sind, wobei die längere Achse des Ovals parallel zum Durchflußkanal verläuft.

Ein Membranventil nach der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflächen, die von den Rändern der Gehäuseöffnung und einer Haube gebildet werden, nach der Mitte der Wehroberfläche zu in an sich bekannter Weise abwärts geneigt sind, wobei die Steilheit dieser Neigung an den Punkten, die senkrecht über der Gehäuseachse liegen, am größten ist und allmählich mit zunehmender Entfernung von diesen Punkten abnimmt, bis die Klemmflächen an den Seiten des Ventils waagerecht verlaufen, und daß der eingeklemmte Rand der Membran an seinem Umfang eine neben den Rändern gelegene Wulst hat.

Durch die sattelförmige Gestalt der Membran nach der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß ihre nicht eingeklemmte Mitte ihren Hub ausführen kann, ohne übermäßigen Biegespannungen zu unterliegen. Die sattelförmige sowie die ovale Form der Membran bieten den Vorteil, daß man die Membran mit einer mittleren Auswölbung versehen kann, deren Seiten durchweg weniger steil verlaufen, als es der Fall wäre, wenn die Membran in der bisher bekannten Weise kreisrund wäre und mit ihrer eingeklemmten Randzone in einer einzigen Ebene läge. Infolgedessen erfährt die Membran nach der Erfindung eine weniger schroffe Formveränderung, die von der Steilheit der Flanken der Membranwölbung abhängt.

Die Biegespannung der Membran hängt in erster Linie von der Verformung ab, welche sie bei ihrer Verstellung aus ihrer entspannten Lage in ihre jeweilige Betriebslage erfährt. Fällt die Fläche der Membran vom eingeklemmten Rand bis zu ihrer Mitte steil ab, dann entstehen in der Membran größere Spannungen, als es der Fall ist, wenn die Fläche weniger steil geneigt ist. Um die Steilheit herabzusetzen, wurde nach der Erfindung die Membran länger bemessen und dadurch zunächst die Steilheit, in der Längsrichtung gemessen, verringert. Um trotz der Verlängerung der Membran ihre Fläche gleichbleibend zu erhalten, wurde die Breite der Membran verringert. Die Verringerung der Breite aber führt dazu, daß die Steilheit der Membran, in der Querrichtung gemessen, zunimmt. Um hier einen Ausgleich zu schaffen, wurden die Seiten der Membran tiefer verlegt, d. h. die Membran im entspannten Zustand entsprechend dem geöffneten Ventil aufwärts gewölbt. Infolgedessen verlaufen auch die verbleibenden Seitenteile der Membran weniger steil.

Auch dann, wenn die Membran bei halb geöffnetem Ventil spannungslos ist, ergibt sich durch die Verwendung der ovalen Sattelgestalt der Vorteil geringerer Flankensteilheit bei geöffnetem oder geschlossenem Ventil. Wird die Membran, von ihrer mittleren Lage ausgehend, in die Offen- oder no Schließstellung übergeführt, so ergibt sich eine geringere Spannung, als es der Fall wäre, wenn die in der mittleren Lage entspannte Membran einen kreisförmigen Rand hätte und mit diesem zwischen ebenen Flächen eingeklemmt wäre, wie das bei bisher bekannten Ventilen der Fall ist.

Nimmt die Membran aber im entspannten Zustand eine Form ein, die einer ihrer beiden Endstellungen entspricht, z. B. der Offenstellung, dann bringt das den Vorteil mit sich, daß die Membran wieder stets zu dieser Ausgangsgestalt zurückzukehren sucht.

Zusammengefaßt liegen die Vorteile eines Membranventils nach der Erfindung darin, daß mit der sattelförmigen wie der ovalen Ausbildung der Membran die Biegespannungen wie auch die Be-

anspruchung durch Walkarbeit verringert werden. Eine solche, z. B. im entspannten Zustand der Öffnungsstellung entsprechend geformte Membran hat ferner gegenüber einer Membran mit ebener Einspannung, deren entspannter Zustand einer mittleren Stellung zwischen Offen- und Schließlage entspricht, den Vorteil, daß die Zugspannungen in der Offenstellung völlig vermieden und in der Schließstellung mindestens verringert werden. Außerdem ίο erlaubt es die Sattelform der Membran, den Durchflußquerschnitt seiner Form nach unverändert zu lassen, so daß ein Reinigungsgerät hindurchgeschickt werden kann.

In den Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, zeigt

Fig. ι schaubildlich, teilweise im Schnitt, ein Membranventil nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das geöffnete Ventil der Fig. 1,

Fig. 3 den Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Teilschnitt durch das geschlossene Ventil, Fig. 5 den Querschnitt nach der Linie 5-5 der Fig· 4.

Fig. 6 den Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 2, Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht der Membran, Fig. 8 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung

eines Membranventils, das eine ovale, aber keine sattelförmige Membran hat, und

Fig. 9 bis 13 die den Fig. 3 bis 7 entsprechenden Darstellungen des in Fig. 8 veranschaulichten Ventils.

Durch das Gehäuse 10 des Membranventils verläuft der Durchflußkanal, über dessen Boden sich ein niedriges Wehr 10& erstreckt, das in die Seitenwände des Gehäuses an denjenigen Stellen übergeht, an denen sich nach außen Vorsprünge 10 _c erstrecken. Das Wehr ist mit möglichst flachen Böschungen versehen und stromlinienförmig ausgebildet. Dem Wehr gegenüber hat die Gehäusewandung des Durchflußkanals eine öffnung 10 _e, die durch eine biegsame Membran 12 abgedeckt ist. Die Kante I2_a dieser Membran ist zwischen einem gebogenen Flansch 14 _a am unteren Ende einer Haube 14 und einem entsprechend gekrümmten Flansch 10 _f des Gehäuses eingeklemmt. Weiterhin hat die Haube 14 seitliche Vorsprünge 14 _b, die sich mit den seitlichen Vorsprüngen 10 _c des Gehäuses decken und mit diesen verschraubt sind. Unmittelbar außerhalb ihrer eingeklemmten Zone 12 _a hat die Membran 12 eine Wulst 12 _b. Auch hat sie zwischen den verschraubten Vorsprüngen von Haube und Gehäuse durchlochte Zungen I2_C, durch welche die Schrauben hindurchgehen.

Innerhalb der Haube 14 befindet sich über der Membran der Antrieb. Dazu gehört ein Klemmkörper 18, welcher an der Membran in deren Mitte befestigt ist und mit dem unteren Ende einer Schraubspindel 20 verstiftet ist. Diese Spindel geht aufwärts und greift in das Innengewinde einer in der Haube drehbar gelagerten Buchse 22 ein, an der das nicht steigende Handrad befestigt ist. Der Klemmkörper 18 ist mit einzelnen gespreizten Fingern 18 _a versehen, von denen die beiden zum Wehr parallel laufenden Finger 18/ in Nuten in der Haube geführt sind. Bei Verwendung eines solchen Klemmkörpers hat man die Möglichkeit, eine sogenannte Fingerplatte zu verwenden, die gewöhnlich zwischen dem Flansch I4_a der Haube und dem Membranrand 12 _a eingeklemmt wird. Statt dessen kann auch die Haube 14 so gestaltet sein, daß sie mit dem Klemmkörper zusammen an ihrer Unterseite dem Profil der Fläche entsprechend gestaltet ist, welche die Oberseite der Membran bei geöffnetem Ventil bildet. Dadurch ist die Membran bei geöffnetem Ventil wirksam gegenüber dem Druck des strömenden Mediums abgestützt.

Der Mittelteil 12 _d der Membran kann so geformt sein, daß die Membran im entspannten, ausgebauten Zustand entweder die Gestalt der Fig. 2 und 3 oder die Gestalt der Fig. 4 und 5 annimmt. Am besten gibt man der Membran die Form, die sie beim geöffneten Ventil gemäß den Fig. 2 und 3 hat. Dann nämlich sucht sie, wenn sie geschlossen ist, zu dieser Form zurückzukehren und unterstützt daher mit ihrer Federkraft den Klemmkörper, wenn dieser die Membran vom Wehr abhebt. Die Membran ist mit dem Klemmkörper durch den Bolzen 28 verbunden.

Wie die Zeichnungen zeigen, wird die mittlere Wölbung beim Schließen des Ventils gegen das Wehr gepreßt. Dabei reicht diese Wölbung nicht so weit unter die Ebene der gegenüberliegenden unteren Randteile 12/', wie es der Fall sein würde, wenn diese Randteile die Höhenlage der Oberseite des Durchflußkanals einnehmen würden. Wenn nun die Membran kreisrund wäre, würden die Flanken der auf dem Wehr aufsitzenden Wölbung viel weniger steil sein als bei einer mit der ganzen Kante in der Höhe der Oberseite des Durchflußkanals eingeklemmten Membran des gleichen Durchmessers. Infolgedessen wurden wenigstens diese Flanken eine weniger starke Formveränderung erfahren als bei einem bekannten Ventil mit der runden Membran, die in der Höhe der Oberseite des Durchflußkanals eingeklemmt ist.

Eine kreisrunde Membran mit sattelförmig gestalteter Kante ist zwar in den Zeichnungen nicht dargestellt, fällt jedoch ebenfalls in den Bereich der Erfindung. Vorzugsweise jedoch gelangen beide Erfindungsmerkmale, die Sattelgestalt des eingeklemmten Randes als auch die ovale Gestalt der Membran, gemeinsam zur Verwendung.

Die ovale Form der sattelförmigen Membran ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Um die Neigung der Flanken der Wölbung zwischen den höher gelegenen Randteilen, die in der Höhe der Oberseite des Durchflußkanals liegen, um den Durchfluß nicht zu behindern, so flach wie möglich iao zu gestalten, sind diese höher gelegenen Randabschnitte weiter voneinander entfernt, als es die Randteile einer vergleichbaren kreisrunden Membran sein würden. Um zu verhindern, daß sich dadurch die Membranfläche vergrößert — das wäre unerwünscht, weil sich dann das Ventil entgegen

dem Leitungsdruck schwer schließen ließe — sind die tief gelegenen Randabschnitte I2_a" der Membran enger zusammengerückt, so daß sich eine ovale Membran ergibt, welche indessen dieselbe Fläche hat wie die eines vergleichbaren Ventils mit kreisrunder Membran, deren eingeklemmte Kante durchweg in der Höhenlage der Oberseite des Durchflußkanals gelegen ist.

Durch richtige Bemessung der Membrangestalt

ίο läßt es sich erreichen, daß die zwischen den tiefer gelegenen Randabschnitten I2_a" gelegenen Flanken der mittleren Wölbung die gleiche Steilheit haben wie die zwischen den höher gelegenen Flanken 12 _a". Die Membran erfährt daher an allen ihren Stellen eine weniger schroffe Formveränderung.

Durch die ovale Gestalt der Membran verringern sich die Taschen 30, die sich beim Öffnen des Ventils an den Enden des Wehrs bilden. Diese beim Membranventil stets vorhandenen Taschen sind unerwünscht, weil sich in ihnen Fremdstoffe sammeln, die sich nur beim Auseinandernehmen des Ventils entfernen lassen: Bei einer sattelförmigen Membran sind diese Taschen 30 klein. Etwaige sich in ihnen ansammelnde Fremdstoffe lassen sich auch bei oberflächlicher Reinigung, z. B. beim Hindurchstoßen einer Kugelbürste, durch die Leitung unter Druck oder beim Ausfegen leichter entfernen.

Die Fig. 8 bis 13 zeigen ein Ventil mit ovaler Membran, deren gesamter eingeklemmter Rand in einer Ebene gelegen ist, deren Höhenlage der Oberseite des Durchflußkanals entspricht. Da diese Ausführungsform im übrigen der früheren entspricht, sind in den Fig. 8 bis 13 dieselben Bezugszahlen verwendet wie in den Fig. 1 bis 7. Das Wehr io₆ ragt, vom Boden des Durchflußkanals aus gemessen, etwas höher als bei der ersten Ausführungsform nach den Fig. r bis 7. Dies rührt daher, daß die an den Enden des Wehrs gelegenen Randabschnitte der Membran in derselben Ebene liegen wie die Randabschnitte oberhalb der Achse des Durchflußkanals. Der vom Wehr gebildete Ventilsitz geht allmählich in den Boden des Durchflußkanals über, um schroffe Änderungen der Strömungsrichtung in dem Strom über das Wehr hinweg zu vermeiden. In dieser Hinsicht ist die Ovalgestalt vorteilhaft, denn sie ermöglicht einen solchen allmählichen Übergang ohne Verringerung des Durchflußquerschnitts, wie Fig. 8 zeigt. Dies ist wichtig, weil dadurch das Ventil mit Hilfe einer Kugelbürste od. dgl. gereinigt werden kann.

Der Flansch 10 _f, der die Gehäuseöffnung io_e umgibt, hat eine Klemmfläche, die an allen Punkten, außer an den Gehäuseseiten, zu dem Wehr hin abwärts geneigt verläuft. Diese geneigte Fläche geht bei Annäherung das Flansches 10 _f an die neben den Wehrenden liegenden Abschnitte allmählich in zwei waagerechte Flächen über. Das untere Flanschende 14 _a der Haube 14 hat eine entsprechend geneigte Klemmfläche, und die geneigten Abschnitte dieser Flächen klemmen den Membranrand zwischen sich bei einer gegebenen Schraubenspannung mit einer größeren Kraft ein als die waagerecht verlaufenden Abschnitte der Fläche, welche rechtwinklig zu den Schrauben verlaufen. Das rührt daher, daß die geneigten Klemmflächen eine Keilwirkung auf den Membranrand ausüben. Diese Keilwirkung ist besonders wirksam an den höheren Stellen des Flansches 10/, an denen die Neigung am größten ist. Es sind dies die Stellen, die von den Schrauben am weitesten entfernt sind. Die durch diese Keilwirkung hervorgerufene, besonders wirksam auf den Membranrand ausgeübte Quetschwirkung trägt dazu bei, weitere Befestigungsschrauben an diesen Stellen überflüssig zu machen.

Bei kleineren Ventilen genügen zwei Schrauben zum Einklemmen der Membran, weil der unmittelbar außen neben den Flanschen 14 _a und 10 f der Haube und des Gehäuses gelegene Rand der Membran zur Wulst 12 j, verdickt ist. Hohe Drücke in dem Durchflußkanal des Ventils suchen nun den eingeklemmten Membranrand nach innen zu ziehen. Die Schrauben 16 haben nun unter anderem die Aufgabe, diese Einwärtsbewegung der Membran zu verhindern. Dadurch, daß nun aber die Wulst 12 & an dem Membranumfang vorgesehen ist, brauchen die Schrauben 16 bei den Ventilen nach der Erfindung nur eine so große Klemmkraft auszuüben, daß sei Undichtigkeiten zwischen dem Gehäuseflansch 10 / und dem Membranrand 12 _a verhindern. Dazu genügen aber zwei Schrauben. Die Aufgabe, das Einwärtsziehen der Membran zu verhindern, übernimmt die Wulst. Je größer die Kraft ist, mit der die Membran einwärts gezogen wird, um so kräftiger wird die Wulst an die Außenkante des Gehäuseflansches angedrückt und um so besser dichtet sie daher ab.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Membranventil mit einer eine öffnung in der Gehäusewandung des Durchflußkanals abdeckenden Membran, die zum Schließen des Ventils an eine ein Wehr bildende innere Querrippe der gegenüberliegenden Wandung durch einen Klemmkörper angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der den Membransitz bildende Rand (lOf) der über dem Wehr (io_&) gelegenen Gehäuseöffnung (10 _c) sattelförmig an den Gehäuseseiten abwärts zu den Enden des Wehres (10 ₆) hin verläuft, die tiefer als die Oberseite des Durchflußkanals gelegen sind.

2. Membranventil mit einer eine Öffnung in der Gehäusewandung des Durchflußkanals abdeckenden Membran, die zum Schließen des Ventils an eine ein Wehr bildende innere Querrippe der gegenüberliegenden Wandung durch einen Klemmkörper angedrückt wird, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfange der oberhalb des Wehrs iao befindlichen, in der Gehäusewandung (10) vorgesehenen öffnung und der diese abdeckenden Membran (12) und der Rand der den Klemmkörper (18) führenden Haube (14) oval gestaltet sind, wobei die längere Achse des Ovals parallel zum Durchflußkanal (10) verläuft.

3. Membranventil nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmflächen, die von den Rändern (io_f, 14J der Gehäuse-Öffnung (io_c) und einer Haube (14) gebildet werden, nach der Mitte der Wehroberfläche zu in an sich bekannter Weise abwärts geneigt sind, wobei die Steilheit dieser Neigung an den Punkten, die senkrecht über der Gehäuseachse liegen, am größten ist und allmählich mit zunehmender Entfernung von diesen Punkten abnimmt, bis die Klemmflächen an den Seiten des Ventils waagerecht verlaufen, und daß der eingeklemmte Rand der Membran an seinem Umfang eine neben den Rändern (10 _f, 14J gelegene Wulst (12 ₆) hat.

4. Membranventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr mit einer hohlen, den Membransitz (10 _b) bildenden Oberseite in an sich bekannter Weise nur um eine geringe Höhe über den Boden des im wesentlichen gerade verlaufenden Durchflußkanals ragt.

5. Membranventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (18) in an sich bekannter Weise oval geformt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 913 486;
britische Patentschriften Nr. 442 790, 437 463, 624576.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 619/236 9.56 (309 511/9 2.63)