DE1045194B - Membranventil - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Membranventil, dessen Membran sich in der Schließstellung gleichzeitig auf die mindestens annähernd in ein und derselben Ebene liegenden öffnungen für den Eintritt und den Austritt des abzusperrenden Mediums liegt.

Bei einer bekannten Bauart solcher Ventile ist ein biegsames Verschlußband über den abzusperrenden, in der Offenstellung axial durchströmten Leitungsquerschnitt gelegt und mit seinem freien Ende so aufgewickelt, daß es beim öffnen von diesem Leitungsquerschnitt weggewickelt und beim Schließen auf diesen zurückgerollt werden kann. Der Leitungsquerschnitt ist durch einzelne Stege zur Abstützung des Bandes, wenn sich dieses in der Schließstellung befindet, unterbrochen. Bei einer anderen bekannten Ausführung der eingangs genannten Art legt sich eine am Rande eingespannte, scheibenförmige Membran aus gummiertem Stoff in der Schließstellung gleichfalls auf einzelne quer zum abzusperrenden Leitungsquerschnitt verlaufende Stege auf, wobei Eintritts- und Austrittskanal auf der gleichen Seite der Membran und annähernd in ein und derselben, etwas unterhalb der Einspannebene der Membran liegenden Ebene münden und die Membran von der diesen Mündungen gegenüberliegenden Seite her durch Druckmitteldruck gesteuert wird, so daß sie sich unter diesem Druck in stetigem Verlauf über die Eintritts- und Austrittsöffnung legt.

Die bekannten Bauarten eignen sich nicht für die Regelung von unter hohem Druck, z. B. in der Größen-Ordnung von 70 kg/cm², stehenden strömenden Mitteln, insbesondere dann nicht, wenn diese Mittel gleichzeitig bei niedriger Temperatur vorliegen, wie z. B. flüssiges Kohlendioxyd. In diesen Fällen wird der hohe Druck auch auf die in der Schließstellung nicht unterstützten Ouerschnittsteile der aus Gummi oder ähnlichem empfindlichem Werkstoff bestehenden Membran aus¹ geübt, die dadurch mechanisch stark beansprucht wird und dann nur geringe Lebensdauer hat. Insbesondere bei flüssigem Kohlendioxyd hat sich ein rascher Verschleiß gezeigt» weil dessen niedrige Temperatur die Biegsamkeit der Membran herabsetzt und sich Eiskristalle bilden können, die scheuernd auf die nicht unterstützten Teile der Membran einwirken. Aus dem gleichen Grunde haben sich für flüssiges Kohlendioxyd auch Ventilstopfbüchsen nieht bewährt.

Die Erfindung behebt die Mangel der bekannten Membranventile der eingangs genannten Art dadurch and schafft ein auch für hohe Drücke und bei niedriger Temperatur mit langer Lebensdauer brauchbares Ventil dadurch, daß die Abstützung der Membran durdi in die Ein- und Austrittsöffnung eingesetzte» an sich bekannte poröse oder anderweitig nur über ganz geringe und über die öffnung verteilte Durchtrittsqtier-

Anmelder:

The Distillers Company Limited,
Edinburgh (Großbritannien)

Vertreter:

Dr. W. Schalk und Dipl.-Ing. P. Wirth, Patentanwälte, Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität;
Großbritannien vom 17. Februar 1955

Rodney Hamtilon-Peters und Thomas Bruce Philip, Epsom, Surrey (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

schnitte durchlässig gemachte Einsätze erfolgt, die mit der Mündung der Ein- und Austrittsöffnung bündig abschließen.

Die Verwendung poröser Einsätze, z. B. aus Sintermetall, als Ventilabstützglieder ist an sich, aber nicht bei Membranventilen der eingangs genannten Bauart bekannt. Sie ist nämlich bekannt für ein Lappenventil, bei dem ein Sintermetallblock sich quer über den ganzen axial durchströmten Ventilkanal erstreckt und die Einlaßöffnungen für das strömende Mittel in Porenform darbietet, während die Auslaß öffnungen zwischen auf diesem Block liegenden Dichtungsringett und miteinander verklebten Ventillappen auf der anderen Seite des porösen Blockes gebildet werden, die bei hohem Druck selbsttätig, ohne daß sie gesteuert werden können, kleine Gas- oder Flüssigkeitsmengen durchtreten lassen. Ein- und Austrittsöffnungen liegen also nicht in ein und derselben Ebene, und mangels einer durchgehenden Abschlußmembran ist ein solches Ventil für die vorgenannten Zwecke der Erfindung nicht brauchbar.

Ferner ist die Abstützung einer Ventilmembran durch einen porösen Block bekannt für ein zur Regelung kleiner Gasströme dienendes Ventil, bei dem ein solcher Block in der die Auslaßöffnung bildenden Bohrung angebracht ist, während die Gaseinströmöffnungert konzentrisch zu dieser Bohrung liegen und van der Verschlußmembran in der Schließstellung nicht geschlossen werden; vielmehr wird beim Schließen die Membran mechanisch nur gegen den porösen Block angepreßt and läßt dabei die Emtrifisöffnuttgeri

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often. Diese Verschlußart hat eine erhebliche mechani- übertragen, und bei der Temperatur im wesentlichen

sehe Beanspruchung des beim Schließen angedrückten unkomprimierbar sein, bei der das Ventil arbeitet;

Membranteiles zur Folge, so daß diese bekannte Bau- Kautschuke und Silikonfluiden hoher Viskosität haben

art sich schon aus diesem Grunde nicht für die Zwecke sich zur Verwendung für flüssiges Kohlendioxyd als

der Erfindung, insbesondere nicht für flüssiges Kohlen- 5 sehr brauchbar erwiesen.

dioxyd, eignet. Sie ist auch nur für unter niedrigem Die Verwendung dieser Stoffe macht es möglich, den

Druck stehende Gasströme bestimmt. anzuwendenden Druck mittels eines als Schrauben-

Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung sind spindel ausgeführten oder ähnlich gesteuerten Kolbens

die porösen Einsätze, z. B. aus Sintermaterial, sowohl auszuüben, der nur die sehr einfache Form einer Stopf-

in der Eintritts- als auch in der Austrittsöffnung als i° büchse zu haben braucht. Besteht das Medium aus

Abstützglieder untergebracht. Statt dessen kann bei Kautschuk, so wird ein dicht schließender Sitz des

einer anderen Ausführungsform die Abstützung in der Kolbens befriedigend ohne Stopfbüchse erreicht. Wenn

Austrittsöffnung durch eine an der Membran be- das verwendete Medium bei den Arbeitsbedingungen

festigte oder durch eine Feder gegen diese gedruckte nicht genügend hohe Viskosität besitzt, so muß zur Ab-

Platte erfolgen, die sich in der Schließstellung auf eine *5 dichtung des spindelgesteuerten Kolbens eine einfache

in der Austrittsöffnung angeordnete, um die Dicke der Stopfbüchse vorgesehen sein. Statt dessen kann der

Platte gegen die Mündung der Austrittsöffnung zu- Druck mittels eines Kolbens der Bauart ausgeübt wer-

rückgesetzte Schulter anlegt. In der Offenstellung, bei den, wie sie ähnlich bei vielen hydraulischen Anlagen

von der Eintritts- und Austrittsöffnung abgehobener angewendet wird, wobei der Druck mittels eines

Membran, hebt sich die Platte entsprechend von der 20 Fluidums größerer Viskosität übertragen wird. In

Austrittsöffnung ab und gibt einen Ringspalt für den solchen Fällen kann der Kolben natürlich an einer vom

Durchtritt des Mittels frei, während sie in der Schließ- Ventilkörper gewünschtenf alls entfernt liegenden Stelle

stellung die Austrittsöffnung bündig mit der Mem- angeordnet werden.

branebene abdeckt, also eine Beanspruchung der Mem- In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der

bran auch in diesem Falle vermieden wird. 25 Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Hoch wirksame Ausführungsformen von gesinterten Fig. 1 einen Schnitt eines Ventils in der Spindel-Stopfen können aus Phosphorbronze und rostfreiem kolbenbauart, bei der der Spindelkolben unmittelbar Stahl hergestellt werden, und zwar üblicherweise da- auf dichtgepackte Schichten einer Kautschukauflage durch, daß Körner des Metalls miteinander in einem der Membran einwirkt, und

Formkörper erhitzt und dadurch geformt werden. Die 3° Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ventil, bei der sich ein Porengröße eines derartigen Stopfens kann durch die flüssiges Medium an der Rückseite der Membran beGröße der auf diese Weise erhitzten Körner bestimmt findet und die Druckübertragung durch die Flüssigkeit werden; für die Zwecke der Erfindung eignet sich ein von einem auf die Flüssigkeit einwirkenden, fernweiter Bereich von Porengrößen, z. B. 0,025 bis etwa liegenden Druckkolben aus erfolgt.
0,25 mm mittlerer Durchmesser, Eine Porengröße von 35 Gemäß Fig. 1 ist ein poröser Einsatz 1, der aus etwa 0,127 mm hat sich bei Verwendung von flüssigem einem kompakten, gesinterten Metallstück besteht, Kohlendioxyd als sehr brauchbar erwiesen, da durch dicht passend in die Eintrittsöffnung 2 des unteren eine derartige Bemessung eine gewisse Filterwirkung Teiles des Ventilgehäuses 3 eingesetzt. Das Ventilauftritt. Bei größeren Ventilen der vorgenannten Bau- gehäuse 3 ist mit einer Austrittsöffnung 4 versehen, die art kann der porige Körper aus einem flachen Werk- 4° gleichfalls einen kompakten Einsatz 5 aus Sintermetall stoff stück bestehen, das mit Lochungen, z. B. bis zur enthält.

Größe von etwa 1,27 mm mittleren Durchmessers, ver- Der obere Teil des Ventilgehäuses ist vollständig mit

sehen ist. In jedem Falle ist die Richtschnur gegeben, fünf Schichten aus Kautschuklagen als Druckmittel 6

daß die Poren und Lochungen nicht so groß sein sollen, und einer Membran 7 aus Polyäthylen gefüllt. Der als

daß sie bei Anwendung von Druck ein Herauspressen 45 Schraubenspindel ausgeführte Kolben 8 kann in eine

der Membran gestatten würden. als Zylinder dienende Gewindebüchse 9 eingeschraubt

Die Membran des Ventils muß aus einem Werkstoff werden, die an dem oberen Teil des Ventilgehäuses bestehen, der bei den Arbeitstemperaturen des Ventils sitzt. Durch das Einschrauben werden die Kautschukelastisch bleibt. Für einige strömende Mittel kann die oder Gummischichten deformiert und bringen mit sich, Membran aus Gummi, und zwar entweder aus natür- 5° daß die Membran sich dicht auf die kompakten Einlichem oder synthetischem Kautschuk, oder aus einem sätze legt.

Körper mit Gummieinlage bestehen. Im Falle von Gemäß Fig. 2 ist der kompakte Einsatz 1 in der EinVentilen für flüssiges Kohlendioxyd absorbieren natür- trittsöffnung 2, die hier eine sich verjüngende Form licher Kautschuk und manche synthetischen Kau- hat, entfernbar mittels einer mit Lochungen vertschuke jedoch das Kohlendioxyd und sind daher zur 55 sehenen Platte 10, eines Abstandsringes 11 und eines Anwendung nicht geeignet. Wenn flüssiges Kohlen- mit Flanschen versehenen Einlaßrohres 12 gelagert, dioxyd geregelt werden soll, so wird die Membran aus An der Rückseite der Membran 7 befindet sich ein bestimmten polymeren Stoffen hergestellt, z. B. line- Druckmittel, z. B. ein Silikonfluidum 13. Der obere arem Polyäthylen, oder können Membranen verwendet Teil des Ventilgehäuses ist durch eine Rohrleitung mit werden, die mit solchen Stoffen überzogen sind. Auch 60 dem entfernt liegenden Steuerzylinder 9 verbunden, Membranen aus rostfreiem Stahl können in manchen der einen Drucksteuerkolben 8 führt. Der Zylinder, die Fällen vorteilhaft verwendet werden. Rohrleitung und der obere Teil des Ventilgehäuses

Das die Membran steuernde Medium kann entweder sind vollständig mit dem Silikondruckmittel gefüllt,

eine echte Flüssigkeit oder irgendein anderer Stoff Als Mittel zur Verhinderung einer Beschädigung der

sein, der Druckmittel drücke übertragen kann und im 65 Membran in der Austrittsöffnung ist eine Platte 5 α

wesentlichen nicht komprimierbar ist, z. B. natürlicher und eine zugehörige Feder 5 b vorgesehen. Die Platte

Kautschuk oder synthetische Kautschuke oder ein SiIi- 5 a wird auf ihren Sitz gedrückt, wenn Druck auf die

konfluidum hoher Viskosität, wie diese Stoffe handeis- Membran ausgeübt wird. Die Platte ist nicht so eng

üblich erhältlich sind. Natürlich muß der verwendete in ihre in der Austrittsöffnung befindliche Sitzfläche

Stoff die Fähigkeit besitzen, Druckmitteldrücke zu 7° eingespannt, daß nicht doch die Feder 5 & sie gegen den

Druck der Flüssigkeit oder des Gases in die gezeichnete Offenstellung anheben könnte, wenn der auf die Membran ausgeübte Druck ausfällt oder nachläßt.

Neben den aus der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlichen Vorteilen besitzt das Ventil gemaß der Erfindung den weiteren Vorteil, daß ein freies Entweichen des Fluidums weitgehend durch den porösen oder gelochten Einsatz des Ventils eingeschränkt wird, wenn die Leitung zwischen dem Ventil und der Verwendungsstelle des Fluidums zu Bruch kommt oder anderweitig unterbrochen wird. Man kann tatsächlich einen kompakten Sinterkörper für die Eintrittsöffnung und auch gewünschtenfalls für die Austrittsöffnung des Ventils verwenden, der den benötigten Druckmittelstrom ohne unzulässiges Druckgefälle durchtreten läßt, aber diese Strömung auf das Doppelte ihres Betrages oder sogar weniger beschränkt, wenn die Leitung unterbrochen wird. Wird ein Ventil z. B. für die Zufuhr von flüssigem Kohlendioxyd zu einem Kapillarrohr verwendet, das ein Kühlmittel zu einer Drehbank fördert, so kann es kompakte Sinterstücke enthalten, die auf Durchgang von 18 bis 22,5 kg pro Stunde an flüssigem Kohlendioxyd bei einem Druck von 66 kg/cm² bemessen sind, während durch das Kapillarrohr bei nur kleinem Druckabfall in dem Ventil 11,5 bis 13,6 kg pro Stunde an flüssigem Kohlendioxyd abgegeben werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Membranventil, dessen Membran sich in der Schließstellung gleichzeitig auf die mindestens annähernd in, ein- und derselben Ebene liegenden Öffnungen für den Ein- und Austritt des abzusperrenden Mediums legt, mit Mitteln zur Abstützung der Membran in der Schließstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Membran (7) durch in die Ein- (2) und Austrittsöffming (4) eingesetzte, an sich bekannte poröse Einsätze (1 bzw. 5) erfolgt, die mit der Mündung der Ein- (2) und Austrittsöffnung (4) bündig abschließen.

2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung in der Austrittsöffnung (4) durch eine an der Membran (7) befestigte oder durch eine Feder (5 b) gegen diese gedrückte Platte (5 a) erfolgt, die sich in der Schließstellung auf eine in der Austrittsöffnung (4) angeordnete, um die Dicke der Platte (5 a) gegen die Mündung der Austrittsöffnung (4) zurückgesetzte Schulter anlegt.

3. Membranventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Einsätze (1, 5) aus Sintermetall bestehen.

4. Membranventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Einsätze (1, 5) leicht auswechselbar und ersetzbar angebracht sind.

5. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) aus einer Folie aus linearem Polyäthylen besteht.

6. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (7) aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk besteht.

7. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch ein im wesentlichen unkomprimierbares Druckmittel erfolgt.

8. Membranventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel (6) aus Kautschuk oder einer hochviskosen Silikonflüssigkeit besteht.

9. Membranventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Druckmittel (6) mittels eines als Schraubenspindel ausgeführten Kolbens (8) erzeugt wird.

10. Membranventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen unkomprimierbare Druckmittel eine Flüssigkeit (13) ist, auf die der Druck mittels eines Schraub- oder Schiebkolbens (8) ausgeübt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 672 575, 897 639;
schweizerische Patentschriften Nr. 239 080,
097;

französische Patentschrift Nr. 1 008 484;
britische Patentschriften Nr. 320 778, 712 856;
USA.-Patentschrift Nr. 2 654 559.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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