DE102014013392A1

DE102014013392A1 - Membranventil

Info

Publication number: DE102014013392A1
Application number: DE102014013392.3A
Authority: DE
Inventors: Andre Gelbmann
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-03-17
Also published as: CN105422906B; CN105422906A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Membranventil, mit einem einen Ventilkörper aufweisenden Gehäuseunterteil, einem am Gehäuseunterteil befestigten Gehäuseoberteil, einer mit dem Ventilkörper zusammenarbeitenden Membran, einer mit der Membran verbundenen, axial verstellbaren Spindel und einem auf die Membran einen Druck ausübenden Druckstück, wobei die Spindel und das Druckstück unlösbar miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranventil, mit einem einen Ventilkörper aufweisenden Gehäuseunterteil, einem am Gehäuseunterteil befestigten Gehäuseoberteil, einer mit dem Ventilkörper zusammenarbeitenden Membran, einer mit der Membran verbundenen, axial verstellbaren Spindel und einem auf die Membran einen Druck ausübenden Druckstück.
Es sind Membranventile bekannt, deren Ventilkörper einen Zufluss und einen Abfluss aufweisen, zwischen denen sich der Dichtbereich mit Ventilsteg befindet, der von einer Membran abdichtet wird, wobei die Membran mit einem Druckstück über eine Spindel mit einem Antrieb in Verbindung steht. Aus der DE 10 2008 045 857 A1 ist eine Membran bekannt, deren umlaufender Rand mit dem Ventilkörper verschweißt ist. Die Membran kann mit einem Zwischenstück oder Druckstück verrastet werden, wobei in das Zwischenstück die Spindel eingeschraubt ist, so dass Druck- und Zugkräfte auf dieses ausgeübt werden können. Die Dichtigkeit der Membran nach außen steht und fällt mit der Verschweißung der Membran am Ventilkörper. Diese verschweißte Membran kann aber bei einem Defekt nicht ausgetauscht werden. Es muss daher die komplette Ventilkörpereinheit ersetzt werden.
Aus der DE 39 35 171 A1 ist ein Membranventil bekannt, bei welchem die Membran mit dem Druckstück partiell verschweißt und ihr Rand in das Ventilgehäuse eingespannt ist. Ein derartiger Ausbau ist für die von 3 A (sanitary standard, z. B. in der Pharmazie und der Lebensmittelindustrie) geforderte Reinigbarkeit im Falle einer Leckage ungünstig, da er viele Spalte und Hinterschneidungen aufweist. Dies trifft auch bei einer Anordnung gemäß der EP 2 450 605 A2 zu, bei der das Druckstück beweglich über einen Querstift mit der Spindel verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil bereit zu stellen, welches leichter reinigbar ist und eine gleichmäßigere Kraftverteilung vom Druckstück auf die Membran besitzt.
Diese Aufgabe wird bei einer Membran der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spindel und das Druckstück unlösbar miteinander verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Membranventil besitzt ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil, zwischen denen, wie beim Stand der Technik, die Membran angeordnet ist. Um die Membran sowohl leicht montieren als auch exakt positionieren zu können, ist das Gehäuseunterteil mit einem Aufnahmetopf versehen, welcher zum Teil vom Gehäuseunterteil absteht und sich in Richtung des Gehäuseoberteils erstreckt. In diesen Aufnahmetopf wird die Membran eingelegt, so dass es auf den Ventilsteg aufliegen kann. Der Innendurchmesser des Aufnahmetopfs entspricht dem Außendurchmesser der Membran, und verhindert deren radiales Verschieben und/oder Verdrehen, insbesondere durch Verdrehmittel, z. B. einer Nase. An diesem Aufnahmetopf ist das Gehäuseoberteil befestigt, wodurch deren Lage bezüglich der Membran definiert wird. Im Gehäuseoberteil befindet sich ein Halteelement, das mit seiner der Membran zugewandten Seite in den Aufnahmetopf eingreift und von diesem ebenfalls positioniert wird. Dieses Halteelement drängt den die Einspannstelle bildenden umlaufenden Rand der Membran auf das Gehäuseunterteil und klemmt diese am Ventilkörper fest. Außerdem befindet sich oberhalb der Membran ein Druckstück, welches mittels einer Spindel axial in Richtung der Membran bewegt werden kann, so dass die Membran auf einen Ventilsteg gepresst und das Ventil geschlossen werden kann. Die Spindel ist ihrerseits im Gehäuseoberteil fluiddicht gelagert und axial verschieblich geführt. Die Spindel und das Druckstück sind unlösbar, insbesondere stoffschlüssig, z. B. verklebt oder verschweißt, miteinander verbunden und bilden somit ein starres Bauteil. Bei Einhaltung der entsprechenden Bautoteiltoleranzen des Gehäuses und der Spindel wird eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die Membran und den Dichtsitz oder Ventilsteg gewährleistet. Weiterhin ist der Verschleiß der Membran gleichmäßig, wobei die Membran aus Gummi oder zweiteilig mit Schild, z. B. aus einem Thermoplast, insbesondere aus PTFE, bestehen kann. Die unlösbare Verbindung von Spindel und Druckstück erzeugt eine unverlierbare Baugruppe, in welcher die Teile aufeinander abgestimmt sind. Schließlich ist im Leckage- oder Servicefall die Reinigbarkeit des Membranventils leicht möglich.
Dabei können Spindel und Druckstück aus Metall und/oder Kunststoff bestehen, wobei sie unterschiedliche Metalle oder Kunststoffe aufweisen können. Die Kunststoffe können auch glasfaser- oder metallfaserverstärkt sein.
Die Verbindung von Spindel und Druckstück kann beim erfindungsgemäßen Membranventil auf unterschiedliche Weise erfolgen, z. B. mittels eines Ultraschallschweißverfahrens, mittels Laserschweißen, mittels Heizbacken, mittels Rotationsschweißen oder mittels einer Klebeverbindung oder bei Kunststoffen Lösungsmittelverklebung. Auf jeden Fall wird eine innige Verbindung erreicht, die fluiddicht ist und bei der die an der Spindel angreifenden Kräfte exakt auf das Druckstück weitergegeben werden können. Das Druckstück und die Spindel können somit auch eine Stützwirkung für die Membran übernehmen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckstück an seiner der Membran zugewandten Ende mit einer axialen Bohrung versehen ist. In diese Bohrung kann ein Dom eingreifen, der auf der Oberseite der Membran sitzt und in den der Kopf einer Befestigungsschraube eingespritzt ist. Die Befestigungsschraube ragt in Richtung des Druckstücks axial ab und kann in das freie Ende der Spindel eingeschraubt werden.
Dabei ist die Bohrung erfindungsgemäß als Sackloch ausgebildet und dient zur Aufnahme einer Mutter. In diese Mutter wird die Befestigungsschraube eingeschraubt, wodurch die Membran am Druckstück und der Spindel fixiert wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Mutter verliersicher im Sackloch gehalten ist. Bei einer Demontage des Membranventils, insbesondere bei einem Austausch der Membran, ist nicht zu befürchten, dass Bauteile der Baueinheit aus Druckstück und Spindel verloren gehen. Dies ist insbesondere bei einem Service vor Ort von Vorteil.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sackloch in einem Abstand zu ihrem Grund eine radiale Verstemmung oder radial nach innen abragende Nasen oder radial nach außen weisende Nuten aufweist. Hierdurch wir die Mutter verliersicher gehalten und ist dennoch axial beweglich in der Spindel eingebettet.
Eine einfache Variante der Erfindung sieht vor, dass das Druckstück an seiner der Spindel zugewandten Seite eine Bohrung, insbesondere ein Sackloch, zur Aufnahme des freien Endes der Spindel aufweist. In die Spindel wird die Mutter eingesetzt und anschließend das freie Ende der Spindel passgenau in die Bohrung des Druckstücks gefügt, bevor es mit diesem verbunden, z. B. verschweißt wird. Die Mutter wird nun verliersicher gehalten und die Kräfte von der Spindel starr auf das Druckstück übertragen.
Um das Druckstück auf einfache Weise mit der Membran verbinden zu können, ist die Bohrung als Stufenbohrung ausgebildet und erlaubt den Durchtritt eines Gewindestiftes oder der Befestigungsbohrung. Dieser Gewindestift greift in die in der Spindel enthaltene Mutter ein. Dabei weist der Gewindestift, der insbesondere an seinem freien Ende einen Kopf auf weist, in der Membran insbesondere verlier- und verdrehsicher fixiert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Membranventils; und
2 einen Längsschnitt durch ein Druckstück mit Spindel.
In der 1 wird mit dem Bezugszeichen 10 ein Membranventil bezeichnet, das einen Zulauf 12 und einen Ablauf 14 aufweist und von einem Fluid durchströmt wird. Der Zulauf 12 und der Ablauf 14 sind nur beispielhaft dargestellt. Zwischen dem Zulauf 12 und dem Ablauf 14 befindet sich ein Ventilsteg 16, auf den eine Membran 18 gepresst werden kann. Diese Membran 18 wird von einer Spindel 20, die ihrerseits von einem nicht dargestellten pneumatischen oder elektrischen Antrieb angetrieben wird, in axialer Richtung zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegt, in welcher sie das Ventil offen hält (wie gezeigt) oder die Membran 18 auf den Ventilsteg 16 drückt, wodurch es geschlossen wird.
Das Membranventil 10 weist ein Gehäuseunterteil 22 auf, in welchem der Ventilsteg 16 liegt und welches um den Ventilsteg 16 nach oben offen ist, so dass der Ventilsteg 16 vom Fluid des Zulaufes 12 in Richtung des Ablaufes 14 passiert werden kann. Dieser Ventilsteg 16 ist von einem Aufnahmetopf 24 umgeben, in welchem die Membran 18 gelagert ist, die mit ihrem umlaufenden Rand 26 in einer Aufnahmenut 28 sitzt. Auf der Membran 18 sitzt ein Druckstück 30 auf, das mit der Spindel 20 verbunden ist und über diese axial auf die Membran 18 aufgepresst werden kann, so dass die Membran 18 dichtend auf dem Ventilsteg 16 aufliegt.
Ferner ist erkennbar, dass das Druckstück 30 von einem Halteelement 32 umgriffen ist und zentral fixiert wird, welches ebenfalls im Aufnahmetopf 24 sitzt und mit seinem axial unteren Ende auf der Oberseite des umlaufenden Randes 26 der Membran 18 aufsitzt. Dieser hammerartig ausgebildete umlaufende Rand 26 greift in eine umlaufende Nut des Halteelements 32 ein und wird von dieser zusätzlich festgehalten.
Sowohl das Halteelement 32 als auch das Druckstück 30 mit Spindel 20 befinden sich in einem Gehäuseoberteil 34, welches mit dem Aufnahmetopf 24 fluiddicht verbunden, z. B. verschraubt ist. Im Gehäuseoberteil 34 ist die Spindel 20 in axialer Richtung verschieblich geführt und gegenüber der Außenseite abgedichtet. Außerdem hält das Gehäuseoberteil 34 das Halteelement 32 fest, wodurch der umlaufende Rand 26 der Membran 18 am Gehäuseunterteil 22 fixiert wird.
Die 2 zeigt die Spindel 20 mit Druckstück 30 im montierten Zustand. Das Druckstück 30 weist an seiner, der Membran 18 abgewandten Oberseite eine Stufenbohrung 36 auf, in deren oberen, größeren Durchmesser das untere, freie Ende 38 der Spindel 20 passgenau eingesetzt ist. Dieses freie Ende 38 ist mit einem Sacklock 40 versehen, welches am Umfang radial verlaufende Kerben 44 aufweist, in welche eine Mutter 42, z. B. eine Sechskantmutter, axial eingesetzt ist. Die Mutter 42 ist zwar axial beweglich, wird aber drehfest von der Spindel 20 gehalten. Dabei ist die Mutter 42 so bemessen, dass sie nach dem Aufsetzen des freien Endes 38 der Spindel 20 auf das Druckstück 30, bzw. nach dem Einsetzen in die Stufenbohrung 36, die Stufenbohrung 36 nicht verlassen kann, da deren kleinerer Durchmesser kleiner ist als der der Mutter 42.
In der in der 2 gezeigten montierten Lage werden die ineinandergesteckten Abschnitte von Spindel 20 und Druckstück 30 miteinander verschweißt und zu einer unlösbaren Baueinheit vereinigt. Hierin wird die Mutter 42 verliersicher gehalten.
In der 1 ist noch erkennbar, dass die Membran 18 einen in Richtung der Spindel 20 abragenden zentralen Dom 46 aufweist, der so bemessen ist, dass er in eine Bohrung 48 eingreifen kann, die an der Unterseite des Druckstück 30, also auf der der Membran 18 zugewandten Ende vorgesehen ist. Diese Bohrung 48 wird vom unteren Teil der Stufenbohrung 36 gebildet und besitzt einen größeren Durchmesser als an der Oberseite der Stufenbohrung 36.
In der Membran 18 sitzt der Kopf 50 einer in die Membran 18 eingespritzten Befestigungsschraube 52. Diese wird drehfest in der Membran 18 gehalten und ragt in Richtung des Druckstücks 18 ab und kann in das freie Ende 38 der Spindel 20, insbesondere in die Mutter 42, über die Membran 18 eingeschraubt werden. Die Membran 18 ist nun exakt positioniert und am Druckstück 30 befestigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008045857 A1 [0002]
DE 3935171 A1 [0003]
EP 2450605 A2 [0003]

Claims

Membranventil (10), mit einem einen Ventilkörper aufweisenden Gehäuseunterteil (22), einem am Gehäuseunterteil (22) befestigten Gehäuseoberteil (34), einer mit dem Ventilkörper zusammenarbeitenden Membran (18), einer mit der Membran (18) verbundenen, axial verstellbaren Spindel (20) und einem auf die Membran (18) einen Druck ausübenden Druckstück (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) und das Druckstück (30) unlösbar miteinander verbunden sind.
Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) und das Druckstück (30) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) und das Druckstück (30) miteinander verschweißt oder verklebt sind.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) und das Druckstück (30) mittels Laserschweißen, mittels eines Ultraschallschweißverfahrens, mittels Rotationsschweißen, mittels Heizbacken oder einer Klebeverbindung oder einer Lösungsmittelverklebung miteinander verbunden sind.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) an ihrem dem Druckstück (30) zugewandten Ende mit einer Bohrung (40) versehen ist.
Membranventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung als Sackloch (40) ausgebildet ist und insbesondere zur Aufnahme einer Mutter (42) dient.
Membranventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (42) verliersicher in der Bohrung, z. B. im Sackloch (40), gehalten ist.
Membranventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (40) in einem Abstand zu ihrem Grund eine radiale Verstemmung, radial nach innen abragende Nasen oder in der Innenwand vorgesehene axiale Nuten oder Kerben (44) aufweist.
Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (30) an seiner der Spindel (20) zugewandten Seite eine Bohrung (36), insbesondere ein Sackloch oder eine Stufenbohrung, zur Aufnahme des freien Endes der Spindel (20) aufweist.
Membranventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grund des Sackloches oder der Stufenbohrung (36) den Durchtritt eines Gewindestiftes (52) erlaubt.
Membranventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindestift (52) in eine in der Spindel (20) enthaltene Mutter (42) eingreift.
Membranventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindestift (52), insbesondere an seinem von der Membran (18) umschlossenen Ende einen Kopf (50) aufweist und in der Membran (18) fixiert, insbesondere verdrehsicher gehalten ist.