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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.
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Es sind Membranventile bekannt, deren Ventilkörper einen Zufluss und einen Abfluss aufweisen. Zwischen dem Zufluss und dem Abfluss befindet sich der Dichtbereich mit Ventilsteg, der von einer Membran abdichtet wird, wobei die Membran mit einem Druckstück eines Antriebs in Verbindung steht. Aus der
DE 10 2008 045 857 A1 ist eine Membran bekannt, deren umlaufender Rand zwischen dem Ventilkörper und einem sich zwischen dem Ventilkörper und dem Antrieb sich befindenden Zwischenstück festgeklemmt ist. Als problematisch wird angesehen, dass die Membranrelaxation bei hohen Einsatztemperaturen abfällt. Die Dichtigkeit der Membran nach außen ist dann nicht mehr gewährleistet, so dass das im Ventil sich befindende Fluid austreten kann.
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Es besteht auch die Möglichkeit, den Ventilkörper und die Membran durch Ultraschallschweißen fest miteinander zu einer fluiddichten und mit dem Antrieb koppelbaren Ventilkörpereinheit zu verbinden. Diese Membran kann aber bei einem Defekt nicht ausgetauscht werden. Es muss daher die komplette Ventilkörpereinheit ersetzt werden.
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Aus der
EP 0 870 957 A2 ist ein Membranventil bekannt, bei welchem auf der Membran eine unterstützende Druckmembran aufliegt und auf diese Druckmembran ein Spannelement drückt. Dieses Spannelement befindet sich am Umfang des stirnseitigen, der Membran zugewandten Endes des Gehäuseoberteils des Membranventils und drückt mittels einer Spiralfeder in Richtung der Membran. Auf diese Weise soll beispielsweise das Wärmeausdehnungsverhalten der Gehäuseteile kompensiert werden. Eine optimale Fixierung der Membran am Ventilkörper wird nicht gewährleistet, da die Membran an diesem verrutschen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil bereit zu stellen, bei welchem die Membran auf einfache Weise einerseits montierbar und exakt am Ventilkörper positionierbar ist, andererseits bei einer Relaxation oder einem Fließen der elastomeren Membran die Dichtigkeit mit Sicherheit gewährt ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Membran der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuseunterteil einen sich in Richtung des Gehäuseoberteils erstreckenden Aufnahmetopf aufweist in welchem die Membran aufgenommen ist, dass im oder am Aufnahmetopf das Gehäuseoberteil befestigt ist und dass innerhalb des Gehäuseoberteils ein auf den Rand der Membran wirkendes und in Richtung des Gehäuseunterteils drängendes Druckelement vorgesehen ist, wobei das Druckelement vom Gehäuseunterteil umgriffen ist.
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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. Die Innenabmessung des Aufnahmetopfs entspricht der Außenabmessung der Membran, und verhindert deren radiales Verschieben und/oder Verdrehen. An diesem Aufnahmetopf ist das Gehäuseoberteil befestigt, wobei bei einer anderen Variante das Gehäuseoberteil auch in den Aufnahmetopf eingreifen kann. Auf jeden Fall definiert der Aufnahmetopf die Lage des Gehäuseoberteils, das eine definierte Position bezüglich der Membran aufweist. Im Gehäuseoberteil befindet sich ein Druckelement, das mit seiner der Membran zugewandten Seite in den Aufnahmetopf eingreift und von diesem ebenfalls positioniert wird. Dieses Druckelement übt in Richtung der Membran eine permanente Druckkraft aus und drängt den die Einspannstelle bildenden umlaufenden Rand der Membran auf das Gehäuseunterteil. Sollte die Membran aufgrund von Relaxation und/oder Fließen versuchen in der Einspannstelle nachzugeben oder zu wandern, dann wird dies vom Druckelement verhindert, da es weiterhin die Membran mit im Wesentlichen unverminderter Kraft festhält. Selbst bei hohen Temperaturen ist die Dichtwirkung am Bund der Membran gewährleistet. Ein Nachziehen von eventuellen Schrauben, wie es beim Einspannen der Membran zwischen den beiden Gehäuseteilen gemäß dem Stand der Technik bekannt ist, mit welchen die Membran am Ventilkörper befestigt ist, ist nicht erforderlich. Ungenaue Vorspannkräfte und ein erhöhter Wartungsaufwand werden beim erfindungsgemäßen Membranventil nicht benötigt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung greift das Druckelement in den Aufnahmetopf ein, so dass es erfindungsgemäß im Gehäuseoberteil axial verschieblich und exakt auf die Membran aufgepresst geführt werden kann. Das Druckelement wird oberseitig vom Gehäuseoberteil übergriffen und nach außen geschützt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aufnahmetopf an seiner der Membran zugewandten Seite einen radial nach innen abragenden Flansch aufweist. Der Flansch bietet eine breite Anlagefläche für den Umfangsrand der Membran und verteilt den Anpressdruck gleichmäßig. Bevorzugt besitzt der Flansch eine eingesenkte umlaufende Nut, in welche der hammerartige Rand der Membran eingreift.
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Eine Ergänzung der Erfindung sieht vor, dass das Druckelement an seiner der Membran zugewandten Unterseite einen radial nach außen abragenden Flansch aufweist. Der Flansch bietet eine breite Anlagefläche für den Umfangsrand der Membran und verteilt den Anpressdruck ebenfalls gleichmäßig. Bevorzugt besitzt der Flansch ebenfalls eine eingesenkte umlaufende Nut, in welche der hammerartige Rand der Membran eingreift. Die beiden Nuten liegen ebenfalls einander gegenüber.
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Auf der gegenüber liegenden, von der Membran weg weisenden Seite dient der Flansch erfindungsgemäß als Aufnahmeträger für ein Federelement. Dieses Federelement kann also ebenfalls relativ breit, d. h. mit großer radialer Breite, ausgebildet sein, so dass es eine große, in axialer Richtung ausgerichtete Speicherenergie aufnehmen kann.
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Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass das Federelement von einer oder mehrerer Tellerfedern und/oder Wendelfedern gebildet wird. Mit dem Federelement können Einbautoleranzen und/oder Fertigungstoleranzen von Membran und Druckstück leicht ausgeglichen werden. Der Aufnahmetopf wird automatisch nachgestellt, so dass die Dichtwirkung der Membran aufrechterhalten bleibt.
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Um das Druckelement mit Federelement als kompakte Baueinheit handhaben zu können, wird das Federelement, z. B. mittels eines Sprengringes oder Seegerringes, verliersicher im Druckelement gehalten. Wird diese Baueinheit in den Aufnahmetopf eingeschoben und auf die Membran aufgelegt, muss sie lediglich vom Gehäuseoberteil fixiert und gespannt werden. Die Membran wird dann fluiddicht am Ventilsitz des Ventilgehäuses gehalten.
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Um das Federelement in einer definierten Position in der Baueinheit zu fixieren, befindet sich zwischen dem Federelement und dem Sprengring eine Haltescheibe. Dabei kann der Sprengring in der Haltescheibe versenkt sein. Durch unterschiedlich hohe und/oder mehrere Haltescheiben kann das Federpaket mehr oder weniger stark vorgespannt werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Druckelement, z. B. mittels des Federelements, insbesondere mittels des Federpaketes vorspannbar. Auf diese Weise kann das Druckelement exakt an unterschiedliche Membranen und Einsatzbedingungen, z. B. Temperatur- und/oder Druckbereiche angepasst werden. Außerdem ist das Membranventil an unterschiedliche Membranen anpassbar.
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Bei einer besonderen, anderen Variante der Erfindung ist innerhalb des Gehäuseoberteils ein axial verschiebliches Spannelement vorgesehen. Dieses Spannelement wirkt axial auf ein im Druckelement vorgesehenes Federelement. Dabei ist die axiale Lage des Spannelements innerhalb des Gehäuseoberteils einstellbar, z. B. mittels eines Gewindes gegenüber dem Gehäuseoberteil verstellbar. Die Druckkraft auf die Membran kann vorab eingestellt werden und bleibt erhalten, auch wenn das Material der Membran fließt und/oder die Spannkraft sich ändert.
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Eine vorteilhafte Lösung der Erfindung sieht vor, dass das Spannelement von einer Einstellhülse axial durchgriffen ist und in diese Einstellhülse eingeschraubt ist, wobei die Einstellhülse axial im Gehäuseoberteil fixiert aber in diesem drehbar gelagert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einer erste Ausführungsform eines Membranventils;
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2 einen Längsschnitt durch ein Druckelement;
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3 eine perspektivische Ansicht der Druckelements gemäß 2; und
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4 einen Längsschnitt durch einer zweite Ausführungsform des Membranventils.
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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.
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Das Membranventil 10 weist ein Gehäuseunterteil 22 auf, in welchem der Ventilsteg 16 liegt und welches um den Ventilsteg 16 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 befindet sich ein Druckstück 30, 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.
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Ferner ist erkennbar, dass das Druckstück 30 von einem Druckelement 32 umgriffen ist, 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 Druckelements 32 ein und wird von dieser zusätzlich festgehalten.
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Sowohl das Druckelement 32 als auch das Druckstück 30 mit Spindel 20 befinden sich in einem Gehäuseoberteil 34, welches mit dem Aufnahmetopf 24 fluiddicht verbunden, insbesondere verschraubt ist. Hierfür weisen der Aufnahmetopf 24 ein Außengewinde 36 mit Dichtungsring 38 und das Gehäuseoberteil 34 ein Innengwinde 40 auf, welches auf das Außengewinde 36 aufgeschraubt ist.
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Das Druckelement 32 ist im Detail in den 2 und 3 dargestellt und besitzt einen Hülsenkörper 42, dessen unteres Ende mit einem radial nach außen abragenden Flansch 44 versehen ist. Auf diesem Flansch 44 sitzt ein Federelement 46 auf, das von mehreren Tellerfedern 48 gebildet wird. Auf dem Federelement 46, bzw. den Tellerfedern 48, liegt eine Haltescheibe 50, die das Federelement 46 geringfügig komprimiert und von einem Sprengring 52 gehalten wird, wobei der Sprengring 52 in eine Umfangsnut der Hülsenköpers 42 eingreift und im Haltering 50 versenkt ist. Das Druckelement 32 bildet eine kompakte handhabbare Baueinheit. Ferner ist erkennbar, dass der Flansch 44 eine radial nach außen abragende Nase 66 und der Hülsenkörper 42 zwei radial nach innen abragende Nasen 68 aufweist, die ein Verdrehen des Druckelements 32 im Aufnahmetopf 24 und ein Verdrehen der Druckstücks 30 im Druckelement 32 verhindern.
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Die 1 zeigt, dass die Haltescheibe 50 an der Unterseite einer axialen Innenfläche des Gehäuseoberteils 34 anliegt und durch Aufschrauben des Gehäuseoberteils 34 auf den Aufnahmetopf 24 das Druckelement 32 mehr oder weniger stark gespannt wird. Auf diese Weise kann der der Membran 18 zugewandte Abschnitt 56 des Flansches 44, der auf dem hammerartig ausgebildeten umlaufenden Rand 26 der Membran 18 aufsitzt, mehr oder weniger stark vorgespannt werden. Sollte das Material der Membran 18 temperatur- oder druckbedingt zu fließen beginnen, wird der Flansch 44 in Richtung der Membran 18 automatisch, d. h. selbsttätig nachgestellt und der Rand 26 weiterhin fixiert. Außerdem werden vom Druckelement 32 Fertigungs- und Einbautoleranzen der Membran 18 und des Ventilsteges 16 ausgeglichen, so dass die Dichtigkeit der des Ventils 10 selbst bei Relaxation und Fließen der Membran 18 gewährleistet ist.
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Beim in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Membranventils 10 weist das Druckelement 32 ebenfalls einen auf dem umlaufenden, hammerartigen Rand 26 der Membran 18 aufsitzenden Flansch 44 auf, auf dessen gegenüberliegenden Seite ein von Tellerfedern 48 gebildetes Federelement 46 aufliegt. Dieses Federelement 46 wird von einem Sprengring oder Seegerring 58 gehalten, und bildet eine Baueinheit des Druckelements 32. Auf dem Federelement 46, insbesondere auf dem Außenrand der obersten Tellerfeder 48, stützt sich ein Spannelement 60 ab, das einen zentralen Durchbruch aufweist, in welchem ein Innengewinde 62 sitzt. In dieses Innengewinde 62 ist eine Einstellhülse 64 eingeschraubt, die sich ihrerseits an ihrer axialen Oberseite an der Innenfläche des Gehäuseoberteils 34 abstützt. Durch gegenseitiges Verdrehen von Spannelement 60 und Einstellhülse 64 kann das Spannelement 60 einen mehr oder weniger großen Druck auf das Federelement 46 in Richtung der Membran 18 ausüben. Hierdurch werden ebenfalls Fertigungs- und Einbautoleranzen ausgeglichen, so dass die Dichtigkeit des Ventils 10 selbst bei Relaxation und Fließen der Membran 18 gewährleistet ist.
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Ein einfaches Drehen der Einschraubhülse 64 erfolgt mittels eines Drehgriffes 70, der an seinem unteren Ende einen axialen Ansatz 72 aufweist, der in die Einschraubhülse 64 eingreift und mit dieser verschweißt ist. Dabei sind der Drehgriff 70 mit Ansatz 74, die Einschraubhülse 64 und das Spannelement 60 vorteilhaft aus Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast, oder Metall. Mit dem Bezugszeichen 74 sind Lager für den Drehgriff 70 und die Einschraubhülse 64 bezeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008045857 A1 [0002]
- EP 0870957 A2 [0004]
