EP2028377B1 - Membranantrieb und Verfahren zum Herstellen eines Membranantriebs - Google Patents

Membranantrieb und Verfahren zum Herstellen eines Membranantriebs Download PDF

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EP2028377B1
EP2028377B1 EP08010492A EP08010492A EP2028377B1 EP 2028377 B1 EP2028377 B1 EP 2028377B1 EP 08010492 A EP08010492 A EP 08010492A EP 08010492 A EP08010492 A EP 08010492A EP 2028377 B1 EP2028377 B1 EP 2028377B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
sleeve
housing part
lower housing
radially outer
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08010492A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2028377A3 (de
EP2028377A2 (de
Inventor
Fritz Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Original Assignee
Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG filed Critical Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Publication of EP2028377A2 publication Critical patent/EP2028377A2/de
Publication of EP2028377A3 publication Critical patent/EP2028377A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2028377B1 publication Critical patent/EP2028377B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type

Definitions

  • the invention relates to a diaphragm actuator for a valve stem, comprising a housing, a diaphragm which is sealed to the housing with its radially outer portion and provides a chamber in the housing and a diaphragm plate against which the diaphragm is supported.
  • the invention also relates to a method for producing a membrane drive.
  • Such pneumatic or hydraulic drive units are used to generate strokes of actuators, in particular of valves, for throttling flowing media.
  • the membrane drives are usually simple and robust and are characterized by high realizable speeds.
  • a control diaphragm is used in a lower housing part, which divides the housing interior into two chambers. In one chamber, the control medium, for example, under positive or negative pressure air introduced, whereby the position of the diaphragm is changed against the force of a return spring.
  • the lower housing part is closed with an upper housing part, which takes place either by a flanging of the edge of one housing part to the edge of the other housing part or by means of a screw, for which the two housing parts must have flanges.
  • a diaphragm drive in which the membrane is thickened on its outer circumference and fixed to the inside of a sleeve.
  • the membrane protrudes in the axial direction on both sides over the sleeve, but is permanently radially inside the sleeve.
  • To attach the membrane tightly in the housing it requires shoulder-shaped housing heels that overlap these projecting parts of the membrane.
  • the distance between these shoulder-shaped housing heels must be matched to the dimension, ie the thickness of the membrane in the region of the projecting parts, so that it is slightly compressed.
  • the housing heels require a flange for connecting the two housing parts, so that the membrane drive is unsuitable for clean rooms.
  • the invention is therefore based on the object to provide a membrane drive, which can also be used in critical environments, especially in clean rooms, which also has smaller dimensions with the same power and is easy to manufacture.
  • the essential aspect of the invention is that the radially outer region of the membrane no longer protrudes in the radial direction, but in that it rests against a sleeve and extends in the axial direction.
  • the sleeve now serves as a connecting means, via which the membrane is connected to the housing. Since the edge region of the membrane no longer extends in the radial direction, this no longer requires the usual clamping space, for example the flange or the flange.
  • the housing parts can be put together bluntly.
  • the outer diameter of the membrane drive decreases in a consistently large interior, on the other hand, a smooth outside can be created, where no germs can set or which can be relatively easily decontaminated.
  • the outer edge region of the membrane can be fastened to the inside of the sleeve or else to the outside of the sleeve.
  • the sleeve clamps the membrane to the inside of the housing base.
  • the radially outer part of the membrane to the sleeve in particular to the inside of the sleeve, vulcanized, glued or welded.
  • a tight connection of membrane and sleeve is provided in a relatively simple manner.
  • the membrane consists of a plastic, in particular an elastomer, which can also be reinforced by a woven fabric, then the vulcanization or bonding of the membrane and the sleeve is suitable, whereas if the membrane is made of a stainless steel foil, the welding is suitable, provided the sleeve is also made of metal.
  • the radially outer edge of the membrane is designed as a sealing lip, which projects beyond the sleeve in the axial direction and radially outward.
  • the edge of the membrane designed as a sealing lip bears against the inner circumferential surface of the lower housing part under prestressing and seals the chamber formed there from the outer side.
  • the sealing lip protrudes in the direction of the bottom of the housing. If a pressure is built up in the chamber formed there, the contact pressure of the sealing lip on the inner circumferential surface of the housing underside increases, whereby the seal is reinforced.
  • the sleeve is used without play in the housing lower part, in particular is pressed into this.
  • a special press-in device is used, which pushes the sleeve with attached membrane deformation-free in the housing base.
  • the sleeve advantageously projects beyond the lower housing part, so that the projecting portion of the sleeve forms a guide for the upper housing part.
  • the sleeve thus extends over the two edges of the upper housing part and lower housing part.
  • the upper housing part and the lower housing part can be flush with each other with their outer surfaces, which has the significant advantage that no germs can accumulate in this area.
  • the outer diameter of the diaphragm drive is not unnecessarily increased.
  • the lower housing part is welded to the upper housing part.
  • the housing made of metal, in particular stainless steel, or plastic.
  • the sleeve may be made of metal, in particular stainless steel, or plastic. If the two housing parts are welded together, the existing shell of the same material in the same welding process can be welded to the housing.
  • the object mentioned above is also achieved by a method which has the features of claim 10.
  • This method has the significant advantage that due to the modular design of the membrane drive, the assembly is simple and machine feasible, and the membrane can be used exactly in the lower housing part, since they are on the sleeve can be gripped and placed free of play in the housing.
  • the return spring can be arranged in the lower housing part or in the upper housing part, depending on whether the membrane terminates a vacuum or overpressure chamber.
  • the membrane is vulcanized to the inside or outside of the sleeve, glued or welded. The type of connection is determined by the materials of the membrane and the sleeve.
  • the sleeve is connected to the membrane in such a way that the radially outer edge of the membrane protrudes beyond the sleeve in the axial and radial directions, so that this edge bears in the form of a sealing lip on the inside of the housing lower part in a sealing and prestressing manner.
  • a suitable pressing device is used with which certain Einpresstiefen are adjustable.
  • the sleeve is welded to secure the position with the housing. This can be done according to the invention in that after insertion of the sleeve in the lower housing part, the upper housing part is pushed onto the protruding upper edge of the sleeve and the sleeve is welded during welding of the upper housing part and lower housing part.
  • Very smooth outer surfaces of the upper housing part and lower housing part can be produced by these components are produced by deep drawing. As a result, very small wall thicknesses can be realized, so that on the one hand with the same drive power small outer diameter can be generated, on the other smooth surfaces are present, which can be kept relatively germ-free or decontaminated.
  • the radially outer edge of the membrane is thickened or bead-shaped.
  • the essential aspect of this variant is that the radially outer region of the membrane no longer protrudes in the radial direction, but in that it rests on a sleeve, extending in the axial direction.
  • the sleeve now serves as a connecting means, via which the membrane is connected to the housing. Since the edge region of the membrane no longer extends in the axial direction, this no longer requires the usual clamping space, for example the flange or the flange.
  • the housing parts can be put together bluntly.
  • the outer diameter of the membrane drive decreases in a consistently large interior, on the other hand, a smooth outside can be created, where no germs can set or which can be relatively easily decontaminated.
  • the thickened or bead-shaped edge of the membrane which is preferably O-ring-shaped, under prestress against the inner peripheral surface of the housing lower part and seals the chamber formed there from the other chamber.
  • a smooth inner circumferential surface of the housing lower part which is the case in particular with deep-drawn parts, no further sealing is required. If a pressure is applied in the chamber formed there, the contact pressure of the edge on the inner peripheral surface of the housing underside increases, whereby the seal is reinforced.
  • a clamping ring or a clamping sleeve on the inside of the radially outer edge of the membrane, a clamping ring or a clamping sleeve.
  • the radially outer region of the membrane between the inside of the sleeve and the clamping ring or the clamping sleeve is clamped or clamped.
  • the edge of the membrane is thereby guided exactly and pressed against the inner peripheral surface of the housing bottom.
  • An optimal fixation of the clamping ring or the clamping sleeve at the edge of the membrane is effected in that the clamping ring or the clamping sleeve on the side facing the edge has a circumferential groove or bead, which serves to partially receive the edge.
  • the clamping ring or the clamping sleeve has a substantially S-shaped cross-sectional shape and the radially outer edge of the membrane is partially under attack. In this way, the exact positioning of the edge of the membrane is ensured at the bottom of the sleeve.
  • the clamping ring or the clamping sleeve made of metal, in particular stainless steel, so that the required holding forces can be ensured over a long period.
  • the clamping ring or the clamping sleeve may also be made of plastic, if the membrane drive, for example. used in aggressive environments or aggressive media.
  • a diaphragm drive with which a valve spindle 12 is moved in the direction of the double arrow 14.
  • the diaphragm drive 10 has a housing 20 consisting of an upper housing part 16 and a lower housing part 18, in which a membrane 22 divides the housing interior into a first chamber 24 and a second chamber 26.
  • a spring assembly 28 is arranged, which holds the diaphragm 22 in a basic position via a diaphragm plate 30.
  • the membrane 22 abuts against this diaphragm plate 30 and consists of an elastic material, for example a stainless steel foil or a fabric-reinforced elastomer, so that it can bend and roll in the region 32.
  • the first chamber 24 has an outwardly leading port 34 over which the first chamber has a control medium, e.g. Control air (compressed air) is supplied.
  • a control medium e.g. Control air (compressed air) is supplied.
  • the membrane 22 has a radially outer region 36 which rests against the inside of a sleeve 38.
  • This sleeve 38 is pressed by means of a suitable pressing device in the lower housing part 18 such that it projects beyond the upper side of the housing lower part 18 with an upper portion 40.
  • the projection of the section 40 is adjusted by means of a corresponding stop on the press-in device.
  • the Einpressianae can also be adjusted by the fact that by partial expansion of the sleeve, the upper edge of the sleeve, as in FIG. 4 shown, is slightly bent or issued radially outward, and that the inner sides of the housing top 16 and the housing base 18 are chamfered so that the flared edge can sit partially on the chamfer.
  • the sleeve 38 is thus inserted so far until the edge abuts against the chamfer of the housing lower part 18.
  • the lower edge is also chamfered radially inside, also the sleeve 38 is fixed positively against displacement.
  • the section 40 serves as a guide for the upper housing part 16 when placed on the lower housing part 18.
  • FIG. 1 recognizable that the upper housing part 16 is seated flush on the upper housing part 18, so that the outer surfaces are in alignment with each other.
  • the upper housing part 16, the lower housing part 18 and the sleeve 38 are welded together, which is indicated by a weld 42.
  • This weld 42 penetrates the housing 20 and penetrates into the sleeve 38, so that the upper housing part 16, the lower housing part 18 and the sleeve 38 are integrally connected to one another.
  • FIG. 1 is still clearly visible that the radially outer edge 44 of the membrane 22 is formed as a sealing lip 46 which bears against the inner surface 48 of the lower housing part 18 sealingly and under prestress.
  • FIG. 2 shows a section through the membrane 22 with attached sleeve 38, wherein the membrane 22 has a shoulder 50 for receiving the lower end of the sleeve 38.
  • a fixation of sleeve 38 and membrane 22 is achieved in that the membrane 22 is vulcanized to the inner surface of the sleeve 38.
  • the shoulder 50 recognizable and can also be seen that the sealing lip 46 in the radial direction by the amount 52 and in the axial direction by the amount 54, the sleeve 38 surmounted, ie over the dimensions of the sleeve 38 protrudes.
  • the sealing lip 46 has a rounded sealing edge 56 and a recess 58 forms a joint for the sealing lip 46.
  • the two housing parts 16 and 18 can be manufactured as deep-drawn parts with a small thickness.
  • the membrane 22 is brought up to the inner surface of the housing 20 and therefore can apply the same driving forces, such as a membrane of the same diameter in conventional drives.
  • the diaphragm drive 10 according to the invention has a smaller wall thickness, which is why the outer dimensions are smaller.
  • the membrane drive 10 according to the invention has a smooth outer surface, so that it can be kept germ-free without problems or simply cleaned. The use in sterile rooms or in aseptic areas is therefore possible.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the section V according to FIG. 4 through the membrane 22 with attached sleeve 38, wherein the membrane 22 has a shoulder 50 for receiving the lower end of the sleeve 38.
  • a fixation of sleeve 38 and membrane 22 is achieved in that the membrane 22 is pressed against the inner surface of the sleeve 38.
  • a clamping ring 60 or a clamping sleeve is used.
  • This clamping ring 60 includes the radial inner side of the O-ring-shaped edge 44 as well It is clearly seen that the clamping ring 60 has a western S-shaped cross-section and has a bead 62 which serves to partially receive the edge 44.
  • the diameter of the clamping ring 60 is dimensioned so that the radially outer portion 36 of the membrane 22 between the sleeve 38 and the clamping ring 60 is clamped.
  • the upper, inwardly drawn edge 64 allows easy insertion of the clamping ring 60 in the downwardly curved radially outer portion 36 of the membrane 22nd
  • the two housing parts 16 and 18 can be manufactured as deep-drawn parts with a small thickness.
  • the membrane 22 is brought up to the inner surface of the housing 20 and therefore can apply the same driving forces, such as a membrane of the same diameter in conventional drives.
  • the diaphragm drive 10 according to the invention has a smaller wall thickness, which is why the outer dimensions are smaller.
  • the membrane drive 10 according to the invention has a smooth outer surface, so that it can be kept germ-free without problems or simply cleaned. The use in sterile rooms or in aseptic areas is therefore possible.
  • the membrane drive 10 can be mounted quickly since the membrane 22 does not have to be glued.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Membranantrieb für eine Ventilspindel, mit einem Gehäuse, einer Membran, die mit ihrem radial äußeren Bereich mit dem Gehäuse dicht verbunden ist und im Gehäuse eine Kammer schafft und einem Membranteller, gegen den sich die Membran abstützt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Membranantriebs.
  • Derartige pneumatische oder hydraulische Antriebseinheiten dienen zur Erzeugung von Hubbewegungen von Stellgliedern, insbesondere von Ventilen, zum Drosseln strömender Medien. Die Membranantriebe sind in der Regel einfach und robust aufgebaut und zeichnen sich durch hohe realisierbare Stellgeschwindigkeiten aus. Dabei ist in ein Gehäuseunterteil eine Stellmembran eingesetzt, die den Gehäuseinnenraum in zwei Kammern unterteilt. In die eine Kammer wird das Steuermedium, zum Beispiel unter Über- oder Unterdruck stehende Luft eingeleitet, wodurch die Lage der Membran entgegen der Kraft einer Rückstellfeder verändert wird. Das Gehäuseunterteil wird mit einem Gehäuseoberteil verschlossen, was entweder durch eine Umbördelung des Randes des einen Gehäuseteils um den Rand des anderen Gehäuseteils erfolgt oder mittels einer Verschraubung, wofür die beiden Gehäuseteile Flansche aufweisen müssen. Sowohl bei der Bördelung als auch bei der Verschraubung wird von den Rändern der beiden Gehäuseteile die Membran an ihrem radial äußeren Rand gehalten. Dieser Aufbau hat sich vielfach bewährt, er besitzt jedoch beim Einsatz derartiger Membranantriebe in Reinräumen oder bei Produktionsanlagen der Lebensmittelindustrie oder Biochemie den wesentlichen Nachteil, dass sich Keime am Bördel oder Flansch festsetzen können. Außerdem sind die Außenabmessungen derartiger Membranantriebe relativ groß.
  • Aus der US 1,885,457 A ist ein Membranantrieb bekannt, bei welchem die Membran an ihrem Außenumfang verdickt ist und an der Innenseite einer Hülse befestigt ist. Dabei steht die Membran in axialer Richtung beidseitig über die Hülse vor, liegt aber permanent radial innerhalb der Hülse. Um die Membran dicht im Gehäuse zu befestigen, bedarf es schulterförmige Gehäuseabsätze, die diese vorstehenden Teile der Membran übergreifen. Außerdem muss der Abstand dieser schulterförmigen Gehäuseabsätze auf die Abmessung, d.h. die Dicke der Membran im Bereich der vorspringenden Teile abgestimmt sein, so dass diese geringfügig komprimiert wird. Die Gehäuseabsätze bedingen aber einen Flansch zum Verbinden der beiden Gehäuseteile, so dass der Membranantrieb ungeeignet für Reinräume ist.
  • Aus der US 2,664,673 A ist ebenfalls eine in eine Hülse einvulkanisierte Membran bekannt. Die DE 39 01 900 A1 zeigt einen Stellantrieb mit zwei Membranen, deren verdickte Enden in Zwischenringen und in Aufnahmen im Gehäuse eingesetzt sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Membranantrieb bereitzustellen, welcher auch in kritischen Umgebungen, insbesondere in Reinräumen, eingesetzt werden kann, der zudem bei gleicher Leistung geringere Abmessungen besitzt und der einfach herzustellen ist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Membranantrieb gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
  • Der wesentliche Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, dass der radial äußere Bereich der Membran nicht mehr in radialer Richtung abragt, sondern dadurch, dass er an einer Hülse anliegt und sich in axialer Richtung erstreckt. Die Hülse dient nun als Verbindungsmittel, über welches die Membran mit dem Gehäuse verbunden wird. Da sich der Randbereich der Membran nicht mehr in radialer Richtung erstreckt, muss hierfür nicht mehr der übliche Spannraum, zum Beispiel die Bördelung oder der Flansch, vorgesehen werden.
  • Die Gehäuseteile können stumpf aufeinandergesetzt werden. Dadurch verkleinert sich der Außendurchmesser des Membranantriebs bei gleichbleibend großem Innenraum, zum anderen kann eine glatte Außenseite geschaffen werden, an welcher sich keine Keime festsetzen können bzw. welche relativ einfach dekontaminiert werden kann.
  • Erfindungsgemäß kann der äußere Randbereich der Membran an der Innenseite der Hülse oder aber auch an der Außenseite der Hülse befestigt werden. Dabei klemmt die Hülse die Membran an die Innenseite des Gehäuseunterteils.
  • Mit Vorzug ist der radial äußere Teil der Membran an die Hülse, insbesondere an die Innenseite der Hülse, anvulkanisiert, angeklebt oder angeschweißt. Hierdurch wird auf relativ einfache Art und Weise eine dichte Verbindung von Membran und Hülse geschaffen.
  • Besteht die Membran aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, welches zudem noch durch ein Gewebe verstärkt sein kann, dann eignet sich die Vulkanisation beziehungsweise die Verklebung von Membran und Hülse, wohingegen bei einer Ausführung der Membran aus einer Edelstahlfolie, die Verschweißung sich anbietet, sofern die Hülse ebenfalls aus Metall besteht.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der radial äußere Rand der Membran als Dichtlippe ausgebildet ist, die die Hülse in axialer Richtung und radial nach außen überragt. Auf diese Weise liegt der als Dichtlippe ausgebildete Rand der Membran unter Vorspannung an der Innenumfangsfläche des Gehäuseunterteils an und dichtet die dort gebildete Kammer gegenüber der Außenseite ab. Bei glatter Innenumfangsfläche des Gehäuseunterteils, was insbesondere bei Tiefziehteilen der Fall ist, bedarf es keiner weiteren Abdichtung.
  • Vorteilhaft ragt die Dichtlippe in Richtung auf den Boden des Gehäuses ab. Wird in der dort gebildeten Kammer ein Druck aufgebaut, verstärkt sich der Anpressdruck der Dichtlippe an die Innenumfangsfläche der Gehäuseunterseite, wodurch die Abdichtung verstärkt wird.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hülse spielfrei in das Gehäuseunterteil eingesetzt, insbesondere in dieses eingepresst ist. Hierfür wird eine spezielle Einpressvorrichtung verwendet, welche die Hülse mit daran befestigter Membran verformungsfrei in das Gehäuseunterteil einschiebt. Dabei überragt die Hülse vorteilhaft das Gehäuseunterteil, so dass der überragende Abschnitt der Hülse eine Führung für das Gehäuseoberteil bildet. Die Hülse erstreckt sich somit über die beiden Ränder von Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil. Das Gehäuseoberteil und das Gehäuseunterteil können mit ihren Außenflächen fluchtend ineinander übergehen, was den wesentlichen Vorteil besitzt, dass sich in diesem Bereich keine Keime festsetzen können. Außerdem wird der Außendurchmesser des Membranantriebs, wie bereits erwähnt, nicht unnötig vergrößert.
  • Erfindungsgemäß ist das Gehäuseunterteil mit dem Gehäuseoberteil verschweißt. Dabei kann das Gehäuse aus Metall, insbesondere Edelstahl, oder Kunststoff bestehen. Auch die Hülse kann aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, oder aus Kunststoff bestehen. Werden die beiden Gehäuseteile miteinander verschweißt, kann die aus dem gleichen Material bestehende Hülle im gleichen Schweißvorgang mit an das Gehäuse angeschweißt werden.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist. Dieses Verfahren besitzt den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund des modularen Aufbaus des Membranantriebs, die Montage einfach und maschinell durchführbar ist, und die Membran exakt in das Gehäuseunterteil eingesetzt werden kann, da sie an der Hülse gegriffen und spielfrei im Gehäuse platziert werden kann. Die Rückstellfeder kann dabei im Gehäuseunterteil oder im Gehäuseoberteil angeordnet sein, je nachdem ob die Membran eine Unterdruck- oder Überdruckkammer abschließt. Dabei wird, um eine dichte Verbindung von Membran und Hülse zu erzielen, die Membran an die Innenseite oder Außenseite der Hülse anvulkanisiert, angeklebt oder angeschweißt. Die Verbindungsart wird dabei von den Materialien der Membran und der Hülse bestimmt. Außerdem wird die Hülse derart mit der Membran verbunden, dass der radial äußere Rand der Membran in axialer und radialer Richtung über die Hülse hinaussteht, so dass dieser Rand in Form einer Dichtlippe an der Innenseite des Gehäuseunterteils dichtend und mit Vorspannung anliegt.
  • Eine exakte Positionierung der Membran innerhalb des Gehäuses wird dadurch erreicht, dass die Hülse in das Gehäuseunterteil eingepresst wird. Hierfür wird zum Beispiel eine geeignete Pressvorrichtung verwendet, mit welcher auch bestimmte Einpresstiefen einstellbar sind. Insbesondere bei geringen Einspresskräften wird die Hülse zur Lagesicherung mit dem Gehäuse verschweißt. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass nach dem Einsetzen der Hülse in das Gehäuseunterteil das Gehäuseoberteil auf den überstehenden oberen Rand der Hülse aufgeschoben wird und beim Verschweißen von Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil die Hülse mit verschweißt wird. Dabei können diese Bauteile, wie bereits erwähnt, aus Kunststoff oder aus Edelstahl bestehen.
  • Sehr glatte Außenflächen von Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil können dadurch hergestellt werden, dass diese Bauteile durch Tiefziehen hergestellt werden. Hierdurch können auch sehr kleine Wanddicken realisiert werden, so dass zum einen bei gleicher Antriebsleistung geringe Außendurchmesser erzeugt werden können, zum anderen glatte Oberflächen vorhanden sind, die relativ einfach keimfrei gehalten oder dekontaminiert werden können.
  • Bei einer Variante ist vorgesehen, dass der radial äußere Rand der Membran verdickt oder wulstförmig ausgebildet ist.
  • Der wesentliche Gesichtspunkt dieser Variante besteht darin, dass der radial äußere Bereich der Membran nicht mehr in radialer Richtung abragt, sondern dadurch, dass er an einer Hülse anliegt, sich in axialer Richtung erstreckt. Die Hülse dient nun als Verbindungsmittel, über welches die Membran mit dem Gehäuse verbunden ist. Da sich der Randbereich der Membran nicht mehr in axialer Richtung erstreckt, muss hierfür nicht mehr der übliche Spannraum, zum Beispiel die Bördelung oder der Flansch, vorgesehen werden. Die Gehäuseteile können stumpf aufeinandergesetzt werden. Dadurch verkleinert sich der Außendurchmesser des Membranantriebs bei gleichbleibend großem Innenraum, zum anderen kann eine glatte Außenseite geschaffen werden, an welcher sich keine Keime festsetzen können bzw. welche relativ einfach dekontaminiert werden kann. Außerdem liegt der verdickte oder wulstförmige Rand der Membran, der bevorzugt O-ringförmig ausgebildet ist, unter Vorspannung an der Innenumfangsfläche des Gehäuseunterteils an und dichtet die dort gebildete Kammer gegenüber der anderen Kammer ab. Bei glatter Innenumfangsfläche des Gehäuseunterteils, was insbesondere bei Tiefziehteilen der Fall ist, bedarf es keiner weiteren Abdichtung. Wird in der dort gebildeten Kammer ein Druck angelegt, verstärkt sich der Anpressdruck des Randes an die Innenumfangsfläche der Gehäuseunterseite, wodurch die Abdichtung verstärkt wird.
  • Vorteilhaft liegt auf der Innenseite des radial äußeren Randes der Membran ein Spannring oder eine Spannhülse an. Dabei ist der radial äußere Bereich der Membran zwischen der Innenseite der Hülse und dem Spannring oder der Spannhülse verspannt oder eingeklemmt. Der Rand der Membran wird dadurch exakt geführt und an die Innenumfangsfläche der Gehäuseunterseite angepresst. Eine Montage wird stark vereinfacht und beschleunigt, da eine Verklebung des Randbereiches der Membran mit der Innenseite der Hülse entfallen kann.
  • Eine optimale Fixierung des Spannrings oder der Spannhülse am Rand der Membran erfolgt dadurch, dass der Spannring oder die Spannhülse auf der dem Rand zugewandten Seite eine umlaufende Nut oder Sicke aufweist, die zur teilweisen Aufnahme des Randes dient.
  • Der Spannring oder die Spannhülse weist eine im wesentlichen S-förmige Querschnittsform auf und der radial äußere Rand der Membran ist teilweise untergriffen. Auf diese Weise wird die exakte Positionierung des Randes der Membran am unteren Rand der Hülse sichergestellt.
  • Vorzugsweise besteht der Spannring oder die Spannhülse aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, so dass die erforderlichen Haltekräfte über einen langen Zeitraum gewährleistet werden können. Der Spannring oder die Spannhülse können auch aus Kunststoff bestehen, falls der Membranantrieb z.B. in aggressiver Umgebung oder bei aggressiven Medien eingesetzt wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    einen Längsschnitt durch eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Membranantriebs mit in Ruhelage sich befindender Membran;
    Figur 2
    einen Schnitt durch die Membran mit befestigter Hülse;
    Figur 3
    eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts III gemäß Figur 2;
    Figur 4
    einen Längsschnitt durch eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Membranantriebs mit in Ruhelage sich befindender Membran; und
    Figur 5
    eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts V gemäß Figur 4.
  • In der Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Membrantrieb bezeichnet, mit dem eine Ventilspindel 12 in Richtung des Doppelpfeils 14 bewegt wird. Der Membranantrieb 10 besitzt ein aus einem Gehäuseoberteil 16 und einem Gehäuseunterteil 18 bestehendes Gehäuse 20, in welchem eine Membran 22 den Gehäuseinnenraum in eine erste Kammer 24 und eine zweite Kammer 26 unterteilt. In der zweiten Kammer 26 ist ein Federpaket 28 angeordnet, welches über einen Membranteller 30 die Membran 22 in einer Grundstellung hält. Die Membran 22 liegt an diesem Membranteller 30 an und besteht aus einem elastischen Material, zum Beispiel einer Edelstahlfolie oder einem gewebeverstärkten Elastomer, so dass sie sich im Bereich 32 durchbiegen und abrollen kann.
  • Die erste Kammer 24 besitzt einen nach außen führenden Anschluss 34, über welchen der ersten Kammer ein Steuermedium, z.B. Steuerluft (Druckluft) zugeführt wird. Durch Erhöhung des Drucks in der ersten Kammer 24 wird der Membranteller 30 entgegen der Kraft des Federpakets 28 angehoben, wodurch die Ventilspindel 12 ins Gehäuse 20 eingezogen wird.
  • Die Membran 22 besitzt einen radial äußeren Bereich 36, welcher an der Innenseite einer Hülse 38 anliegt. Diese Hülse 38 ist mittels einer geeigneten Pressvorrichtung in das Gehäuseunterteil 18 derart eingepresst, dass sie mit einem oberen Abschnitt 40 die Oberseite des Gehäuseunterteils 18 überragt. Der Überstand des Abschnitts 40 wird mittels eines entsprechenden Anschlags an der Einpressvorrichtung eingestellt.
  • Die Einpresstiefe kann auch dadurch eingestellt werden, dass durch partielle Aufweitung der Hülse der obere Rand der Hülse, wie in Figur 4 dargestellt, geringfügig radial nach außen aufgebogen oder ausgestellt ist, und dass die Innenseiten des Gehäuseoberteils 16 und des Gehäuseunterteils 18 angefast sind, so dass der ausgestellte Rand auf der Fase teilweise aufsitzen kann. Die Hülse 38 wird also so weit eingeschoben, bis deren Rand an der Fase der Gehäuseunterteils 18 anliegt. Bei aufgesetztem Gehäuseoberteil 16, dessen unterer Rand radial innen ebenfalls angefast ist, ist zudem die Hülse 38 gegen Verschieben formschlüssig fixiert.
  • Der Abschnitt 40 dient als Führung für das Gehäuseoberteil 16 beim Aufsetzen auf das Gehäuseunterteil 18. Außerdem ist in Figur 1 erkennbar, dass das Gehäuseoberteil 16 stumpf auf das Gehäuseoberteil 18 aufsitzt, so dass die Außenoberflächen fluchtend ineinander übergehen. Nach dem Fügen der Bauteile, insbesondere nach dem Aufsetzen des Gehäuseoberteils 16 auf das Gehäuseunterteil 18, werden insbesondere mittels eines Laserstrahls das Gehäuseoberteil 16, das Gehäuseunterteil 18 und die Hülse 38 miteinander verschweißt, was mit einer Schweißnaht 42 angedeutet ist. Diese Schweißnaht 42 durchdringt das Gehäuse 20 und dringt in die Hülse 38 ein, so dass das Gehäuseoberteil 16, das Gehäuseunterteil 18 und die Hülse 38 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Aus Figur 1 ist noch deutlich erkennbar, dass der radial äußere Rand 44 der Membran 22 als Dichtlippe 46 ausgebildet ist, die an der Innenoberfläche 48 des Gehäuseunterteils 18 dichtend und unter Vorspannung anliegt.
  • Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Membran 22 mit aufgesetzter Hülse 38, wobei die Membran 22 eine Schulter 50 zur Aufnahme des unteren Endes der Hülse 38 aufweist. Eine Fixierung von Hülse 38 und Membran 22 wird dadurch erzielt, dass die Membran 22 an die Innenfläche der Hülse 38 anvulkanisiert ist. Im vergrößerten Ausschnitt III gemäß Figur 3 ist deutlich die Schulter 50 erkennbar und ist auch erkennbar, dass die Dichtlippe 46 in radialer Richtung um den Betrag 52 und in axialer Richtung um den Betrag 54 die Hülse 38 überragt, d.h. gegenüber den Abmessungen der Hülse 38 übersteht. Die Dichtlippe 46 besitzt eine abgerundete Dichtkante 56 und ein Einstich 58 bildet ein Gelenk für die Dichtlippe 46.
  • Es ist deutlich erkennbar, dass die beiden Gehäuseteile 16 und 18 als Tiefziehteile mit einer geringen Dicke hergestellt werden können. Außerdem ist erkennbar, dass die Membran 22 bis an die Innenoberfläche des Gehäuses 20 herangeführt ist und daher gleiche Antriebskräfte aufbringen kann, wie eine Membran gleichen Durchmessers bei herkömmlichen Antrieben. Jedoch besitzt der erfindungsgemäße Membranantrieb 10 eine geringere Wandstärke, weshalb die Außenabmessungen kleiner sind. Außerdem ist deutlich erkennbar, dass der erfindungsgemäße Membranantrieb 10 eine glatte Außenoberfläche besitzt, so dass er problemlos keimfrei gehalten beziehungsweise einfach gereinigt werden kann. Der Einsatz in sterilen Räumen beziehungsweise in aseptischen Bereichen ist daher möglich.
  • Die Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts V gemäß Figur 4 durch die Membran 22 mit aufgesetzter Hülse 38, wobei die Membran 22 eine Schulter 50 zur Aufnahme des unteren Endes der Hülse 38 aufweist. Eine Fixierung von Hülse 38 und Membran 22 wird dadurch erzielt, dass die Membran 22 an die Innenfläche der Hülse 38 gepresst wird. Hierfür dient ein Spannring 60 oder eine Spannhülse. Dieser Spannring 60 umfasst die radiale Innenseite des O-ringförmigen Randes 44 sowie einen Tel des radial äußeren Bereichs 36 der Membran 22. Es ist deutlich erkennbar, dass der Spannring 60 einen im westlichen S-förmigen Querschnitt aufweist und eine Sicke 62 besitzt, die zur teilweisen Aufnahme des Randes 44 dient. Hierdurch wird eine exakte Positionierung des Spannringes 60 am Rand 44 der Membran 22 gewährleistet. Außerdem ist der Durchmesser des Spannringes 60 so bemessen, dass der radial äußere Bereich 36 der Membran 22 zwischen der Hülse 38 und dem Spannring 60 geklemmt wird. Der obere, nach innen gezogene Rand 64 erlaubt einen leichten Einschub des Spannringes 60 in den nach unten gewölbten radial äußeren Bereich 36 der Membran 22.
  • Beim Einsetzen oder Einschieben der Hülse 38 und mit dem Spannring 60 geklemmter Membran 22 in das Gehäuseoberteil 18 wird der Rand 44 verformt und der das Gehäuseoberteil 18 schneidende Teil 66 des Randes 44 verdrängt und zwischen dem Gehäuseoberteil 18 und dem Spannring 60 verquetscht und bildet eine optimale Dichtung.
  • Es ist deutlich erkennbar, dass die beiden Gehäuseteile 16 und 18 als Tiefziehteile mit einer geringen Dicke hergestellt werden können. Außerdem ist erkennbar, dass die Membran 22 bis an die Innenoberfläche des Gehäuses 20 herangeführt ist und daher gleiche Antriebskräfte aufbringen kann, wie eine Membran gleichen Durchmessers bei herkömmlichen Antrieben. Jedoch besitzt der erfindungsgemäße Membranantrieb 10 eine geringere Wandstärke, weshalb die Außenabmessungen kleiner sind. Außerdem ist deutlich erkennbar, dass der erfindungsgemäße Membranantrieb 10 eine glatte Außenoberfläche besitzt, so dass er problemlos keimfrei gehalten beziehungsweise einfach gereinigt werden kann. Der Einsatz in sterilen Räumen beziehungsweise in aseptischen Bereichen ist daher möglich. Schließlich ist der Membranantrieb 10 schnell montierbar, da die Membran 22 nicht verklebt werden muss.

Claims (13)

  1. Membranantrieb (10) zum Antrieb einer Ventilspindel (12), mit einem Gehäuse (20), einer Membran (22), die mit ihrem radial äußeren Bereich (32) mit dem Gehäuse (20) dicht verbunden ist und im Gehäuse (20) eine Kammer (24) schafft, einem Membranteller (30), gegen den sich die Membran (22) abstützt, wobei der radial äußere Bereich (32) der Membran (22) an der Außen- oder Innenseite einer Hülse (38) anliegt und die Hülse (38) dicht im Gehäuse (20) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Rand (44) der Membran (22) als Dichtlippe (46) oder verdickt oder wulstförmig, insbesondere O-ringförmig ausgebildet ist und die Hülse (38) in axialer Richtung und radial nach außen überragt.
  2. Membranantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Bereich (32) der Membran (22) an die Innenseite der Hülse (38) anvulkanisiert, angeklebt, angeschweißt oder an der Innenseite der Hülse (38) anliegt und an diese angepresst wird.
  3. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) aus Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, vorzugsweise einem gewebeverstärkten Elastomer, oder aus Metall, insbesondere einer Edelstahlfolien, besteht.
  4. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (46) in Richtung auf den Boden des Gehäuses (20) abragt.
  5. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (38) in ein Gehäuseunterteil (18) eingesetzt, z.B. eingepresst ist und insbesondere das Gehäuseunterteil (18) nach oben überragt und gegebenenfalls der das Gehäuseunterteil (18) überragende Abschnitt (40) der Hülse (38) eine Führung für das Gehäuseoberteil (16) bildet.
  6. Membranantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (18) und das Gehäuseoberteil (16) an ihren Außenflächen fluchtend ineinander übergehen und insbesondere das Gehäuseunterteil (18), das Gehäuseoberteil (16) und/oder die Hülse (38) miteinander verschweißt sind.
  7. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (24) eine Überdruck- oder eine Unterdruckkammer ist.
  8. Membranantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite des radial äußeren Randes (44) der Membran (22) ein Spannring (60) oder eine Spannhülse anliegt, der bzw. die insbesondere auf der dem Rand (44) zugewandten Seite eine umlaufende Nut oder Sicke (62) aufweist, die z.B. zur teilweisen Aufnahme des Randes (44) dient, wobei insbesondere der Spannring (60) oder die Spannhülse eine im wesentlichen S-förmige Querschnittsform aufweist und der radial äußere Rand (44) der Membran (22) teilweise untergriffen ist.
  9. Membranantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Bereich (32) der Membran (22) zwischen der Innenseite der Hülse (38) und dem Spannring (60) oder der Spannhülse verspannt oder eingeklemmt ist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Membranantriebs (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem ein Gehäuseoberteil (16) und ein Gehäuseunterteil (18) aufweisendem Gehäuse (20), wobei in das Gehäuseunterteil (18) eine an ihrem radial äußeren Bereich (32) eine Hülse (38) tragende Membran (22) eingesetzt wird, und nach Einsatz weiterer Bauteile das Gehäuseoberteil (16) aufgesetzt und mit dem Gehäuseunterteil (18) verbunden wird, wobei die Membran (22) an die Innenseite der Hülse (38) anvulkanisiert, angeklebt oder angeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (22) derart mit der Hülse (38) verbunden wird, dass derer radial äußerer Rand (44) in axialer und radialer Richtung über die Hülse (38) hinaussteht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (38) in das Gehäuseunterteil (18) eingepresst wird, wobei insbesondere durch die Einpresstiefe die Vorspannung der Membran (22) eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (16) mit dem Gehäuseunterteil (18) und/oder mit der Hülse (38) verschweißt wird, wobei insbesondere beim Verschweißen des Gehäuseoberteils (16) mit dem Gehäuseunterteil (18) die Hülse (38) mit dem Gehäuse (20) verschweißt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (16) und das Gehäuseunterteil (18) durch Tiefziehen hergestellt werden.
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