DE1923379B2

DE1923379B2 - Bistabiles Ventil

Info

Publication number: DE1923379B2
Application number: DE19691923379
Authority: DE
Inventors: Shimon Genf Arieh (Schweiz)
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1968-05-02
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1975-03-27
Also published as: GB1246054A; CH492910A; DE1923379A1; DE1923379C3; FR2007679A1

Description

die Stellung verformt wird, in der die Auslaß- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

öffnung (S) im wesentlichen dichtend verschlos- Ventil anzugeben, das bei einfacher Bauweise eine sen ist (F i g. 3). 60 kurze Ansprechzeit hat und dazu geeignet ist, stö-

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- rungsfrei sowohl augenblicklich zu schließen, wenn zeichnet, daß der ständig durchlässige Bereich in das Fördergut seinen Wirkungsbereich verläßt, als seinem der Auslaßöffnung (S) oder den Auslaß- auch unverzüglich zu öffnen, wenn das Fördergut in Öffnungen gegenüberliegenden Teil mindestens diesen Wirkungsbereich eintritt.

einen die Membran (6) durchsetzenden Durchlaß 65 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem

mit einem Querschnitt aufweist, der im wesent- Ventil der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst,

liehen kleiner als der der Öffnungen (7) ist daß die Ausströmöffnung in die Tragfläche einer

(F i g. 4). pneumatisch betriebenen Förderstrecke zur Bildung

eines gasförmigen Films zwischen dem Fördergut und der Tragfläche mündet und daß die Membran gegenüber der Ausströmöffnung einen fluiddurchlässtgen Bereich aufweist, durch den sich der Druck hinter der Membran fortschreitend steigert, wenn sich ein Gegenstand des Förderguts über der Ausströmöffnung befindet und den Abfluß des Fluids behindert, wodurch sich die Membran in ihren nicht verformten Zustand zurückbewegt.

Zweckmäßige Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Ventils nach der Erfindung sind in den obigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt ,₅

Fi g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ventil,

F i g. 2 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 1,

Fig. 3 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1 gemäß einer Ausführungsvariante,

F i g. 4 eine besondere Ausgestaltung des in F i g. 1 dargestellten Ventils.

Das in der Zeichnung dargestellte Ventil bcieht aus einem zylindrischen Gehäuse 1, welches .n seinem oberen Teil durch die Wandung 2 und an seinem unteren Teil durch eine mit einer teilweise dargestellten Leitung 4 festverbundene Trennwand 3 abgeschlossen wird. Die Leitung dient zur Verbindung rnit einer Druckluftquelle, bevor die Druckluft durch eine in der Wandung 2 vorgesehene Mittelöffnung S aus der Wandung austritt.

In dem betrachteten Ausführungsbeispiel stellt dif Wandung 2 ein Teil der Oberfläche einer mittels eines erzeugten Förderluftkissens pneumatisch betriebenen Förderstrecke dar.

Die Steuerung der Luftzufuhr wird in diesem Ventil durch das Vorhandensein einer Membran 6 erzielt, die mit ihrem Rand in einen ringförmigen Schlitz la in der Seitenwand des Gehäuses 1 eingelassen ist. Die Membran zieht sich entlang des Randes der inneren Oberfläche la der Wandung 2 hin, welche vorteilhafterweise aus später noch angegebenen Gründen von konkaver Gestalt sein kann.

Die Membran 6 besteht aus geschmeidigem und elastischem Material und wird in der Nähe ihres Außenrandrs von Öffnungen 7 durchzogen, durch welche die aus der Leitung 4 bei konstantem Druck P₁ in das Gehäuse 1 kommende Luft radial in zentripetaler Richtung zur Öffnung 5 quer durch den von der Membran und der Wandung 2 umschlossenen Raum 8 strömt.

Bei dem dargestellten Ventil ist der Abstand der öffnungen 7 von der öffnung 5 im Verhältnis zu der Abmessung dieser öffnung croß, so daß der ringförmige Querschnitt des Luftdurchtrittes in Richtung dieser Öffnung sich in dem Maße der Entfernung von einer der Öffnungen 7 in Richtung Öffnung 5 stark verkleinert.

Daraus folgt, ilaß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in dem Raum 8 viel größer als unter der Membran ist, wo der Druck p, herrscht.

Bekanntlich entsteht an jeder von dem Strom eines Fluids bestrichenen Oberfläche ein Druckvcrlust dynamischer Art, dessen Stärke durch die Bcrnoullische Gleichung wie folgt gegeben ist:

Es bedeuten:

4 p = dynamischer Druckverlust,

V = Strömungsgeschwindigkeit des Fluids,

γ = spezifisches Gewicht des Fluids,

S — Erdbeschleunigung

Ist demnach die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids unter der Membian gleich V_x und in dem Raum 8 gleich K₂ (Mittelwert), so beträgt der mittlere Druckverlust "auf der Oberseite der Membran 6:

JP= ι

Wenn die Membran 6 eine derartige Festigkeit besitzt, daß sie genau horizontal in der dargestellten Lage bleibt, wenn sich die ober- und unterseitigen Drücke im Gleichgewicht befinden und wenn F die Rückstellkraft ist, die sie elastisch bei ihrer in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Verformung erzeugen kann, so folgt, daß diesi* Verformung stattfindet, sobald

P₁ · S -> p, SrF-ApS

Es bedeuten:

5 = Oberfläche der Membran,

P₁ = statischer Druck unterhalb der Membran,

p., — statischer Druck oberhalb der Membran,

Ap = dynamischer Druckabfall.

Demnach erfolgt die Verformung der Membran in die die öffnung 5 verschließende Lage bei einem Wert von:

Die Größen F und S sind Konstanten; p., ist gleich dem jeweiligen atmosphärischen Druck und p, ist der Druck der Speiseluft.

Wird der Druck P₁ nicht hinreichend zur Verformung der Membran gewählt, d. h. wena

P₁ < I + P₄.

so kann diese Verformung nicht erzielt werden, sofern die Strömungsgeschwindigkeit nicht zumindest einen Betrag von

Δρ--~

Y.
2g

AV* ■■*-*)

bei Vernachlässigung der verschiedenen Betriebsverluste erreicht.

Zum Erzielen dieser Geschwindigkeit V., kann entweder bei einer bestimmten Entfernung zwischen der Membran und der Wandung der Abstand zwischen den Membranöffnungen 7 und der öffnung 5 in der Wandung 2 verändert werden, oder die Entfernung zwischen der Membran und der Wandung kann variiert werden, wodurch sich der Querschnitt des Luftdurchtrittes in dem Maße verkleinert, wie sich die Membran der öffnung S nähert, oder es können selbstverständlich beide Maßnahmen kombiniert werden.

5 *> 6

In Verschlußstellung liegt die Membran 6 in ihrer Augenblick an, wenn dieser Membranabschnitt mit

gesamten Ausdehnung an der konkaven Oberfläche der Oberfläche s_t die Gleichgewichtslage erreicht hat.

der Wandung la derart an, daß die mechanische bildet sich entlang der Kanten dieser Oberfläche ein

Durchbiegung der Membran praktisch an jedem Vakuum ν aus (F i g. 2), welches sich derart mit Luft

Punkt konstant ist. 5 vom Druck p, auffüllt, daß sich die Membran 6 noch

Die Membran bleibt in dieser Vcrschlußstellung, etwas weiter von der konkaven Oberfläche la der

wenn Wandung 2 entfernt und die mit 6 a bezeichnete und

.c-^,ρ· gestrichelt dargestellte Lage einnimmt, wodurch

¹ ' erneut die Ausdehnung der freien Oberfläche der

ist (wobei die Wirkung des Druckes p₂ auf das Ober- io Memhranoberseite, die dem Druck p, ausgesetzt ist, flächenelement der Membran gegenüber der öff- vergrößert wird. Mit der steigenden Vergrößerung nung S vernachlässigt wird), d. h., wenn die Kraftwir- der freien Oberfläche wächst die Geschwindigkeit, kung des Druckes p, auf die Membran größer ist als mit der sich die Membran 6 von der Oberfläche la die elastische Rückstellkraft, welche der Membran entfernt, schnell an, bis die Membran wieder ihre mit eigen ist. «5 6b (Fig. 2) bezeichnete waagerechte Ruhelage einWenn ein zu tragender Gegenstand über die öff- nimmt.

nung S gelangt und die Membran sich zunächst in der Diese Geschwindigkeit ist verständlichenveise um

Schließstellung befindet, muß der Druck p₂ erhöht so größer, je geringer die Elastizität der Membran 6

werden, damit die Membran zusätzlich zur Wirkung ist, insbesondere falls der Luftdurchtritt durch die

ihrer elastischen Rückstellkraft F zur Rückkehr in -o Poren im Mittelbcrcich der Membran beträchtlich ist.

ihre nicht verformte Lage veranlaßt wird, in der das Das beschriebene Ventil kann ebensogut in waage-

Fluid erneut durch die öffnungen 7 auszuströmen rechter Lage (Fig. 1) wie in senkrechter Lage

vermag. (F i g. 4) als auch in jeder weiteren (nicht dargestell-

Zu diesem Zweck muß der der öffnung 5 gegen- ten) Zwischenlage verwendet werden,
überliegende Bereich von einer oder mehreren Mikro- 25 Nach einer abgewandelten Ausführungsform Öffnungen durchzogen sein, wobei es sich um einen (Fig. 3) kann die innere Oberfläche der Wandung2 beliebig erzeugten porösen Bereich handeln kann. eben sein und die Membran 6 sich in geringem Ab-Unter diesen Bedingungen ist der Verschluß der öff- stand parallel zu ihr erstrecken. In einem solchen nung 5 durch die Membran 6 nicht vollständig und Fall werden die öffnungen 7 für den Luftdurchtritt es besteht noch ein ständiger leichter Durchfluß des 30 in einer solchen Entfernung vnn dem Befestigungs-Fluids von der Unterseite der Membran zu ihrer bereich der Membran angeordnet, daß in der von der Oberseite in Richtung auf die öffnung 5 hin. Membran auf Grund ihrer Verformung cingenomme-Wcnn sich also (F i g. 2) ein Gegenstand auf diese ncn Vcrschlußstellung die Kanten der öffnungen auf öffnung setzt, so bildet sich zwischen dem betreffen- dichtende Weise mit der inneren Oberfläche der den Gegenstand und der in Verschlußstellung befind- 35 Wandung 2 in Berührung kommen. Auf diese Weise liehen Membran 6 ein kleiner Raum aus, in dem der verbleibt die Membran 6 solange fest anliegend an Druck langsam in dem Maße wie die Luft den der Wandung 2, wie kein Gegenstand die öffnung 5 porösen Bereich der Membran durchströmt zu- versperrt. Natürlich ist der Mittelteil der Membran 6 nimmt, um nach einer bestimmten, von der Größe gleichfalls porös, um ein ständiges geringes Ent- und der Anzahl der Poren in der Membran abhän- 40 weichen von Luft in Richtung der öffnung 5 zu ergigen Zeit einen Wert einzunehmen, der dem Druck möglichen.

unterhalb der Membran gleich ist. Obwohl sich Beschreibung und Zeichnungen nur Wird die Oberfläche s, der Membran im Bereich auf Ventile zur Einspeisung von Förderluft in pneuder öffnung 5 zwei statischen Drücken gleicher matisch betriebene Förderanlagen beziehen, liegt es Stärke ausgesetzt, so wirkt auf diesen Membran- 45 auf der Hand, solche Ventile auch für andere Zwecke abschnitt allein die elastische Rückstellkraft F, die zu beiutzen, insbesondere auf ihrem herkömmlichen bestrebt ist, die Membran in eine genau waagerechte Anwendungsgebiet als Sicherheitsarmaturen in Lei-Gleichgewichtslage zu führen. Jedoch von dem tungen von unter Druck stehenden Fluiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

S .

4"

Claims

5, Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ständig durchlässige Bereich in Patentansprüche: seinem der Auslaßöffnung (5) oder den Auslaß öffnungen gegenüberliegenden Teil einen porösen

1. Ventil mit einem eine Kammer umschließen- 5 Einsatz (S₁) enthält,
den Gehäuse, das eine Zutrittsöffnung für ein

Fluid, eine Ausströmöffnung für dieses und eine

Membran, die zwecks Trennung der Zutritts-·

Öffnung von der Ausströmöffnung durch die
Kammer gespannt ist, aufweist, wobei zwischen io
dem Umfang der Membran und der Wand der

Kammer eine dichte Verbindung besteht, öffnun- Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem eine

gen in der Membran für den Durchtritt von Fluid Kammer umschließenden Gehäuse, das eine Zutrittsdurch die Membran in einem der Ausströmöff- Öffnung für ein Fluid, eine Ausströmöffnung für nung nicht gegenüberliegenden Bereich vorge- 15 dieses und eine Membran, die zwecks Trennung der sehen sind und die Membran derart elastisch ver- Zutrittsöffnung von der Ausströmöffnung durch die formbar und die Entfernung zwischen der Kammer gespannt ist, aufweist, wobei zwischen Membran im nicht verformten Zustand und dem dem Umfang der Membran und der Wand der Kamihr austrittsseitig gegenüberliegenden Teil der mer eine dichte Verbindung besteht, Öffnungen in Kammerwand so bemessen ist, daß bei einer vor- ao der Membran für den Durchtritt von Fluid durch bestimmten Strömungsgeschwindigkeit der hier- die Membran in einem der Ausströmöffnung nicht durch hinter der Membran erzeugte Unterdruck gegenüberliegenden Bereich vorgesehen sind und die die Membran in eine die Ausströmöffnung ver- Membran derart elastisch verformbar und die Entschließende Lage bringt, dadurch gekenn- fernung zwischen der Membran im nicht verformten zeichnet, daß die Ausströmöffnung (5) in die 30 Zustand und dem ihr austrittsseitig gegenüberliegen-Tragfläche (2) einer peumatisch betriebenen För- den Teil der Kammerwand so bemessen ist, daß bei derstrecke zur Bildung eines gasförmigen Films einer vorbestimmten .Strömgeschwindigkeit der hierzwischen dem Fördergut und der Tragfläche (2) durch hinter der Membran erzeugte Unterdruck die mündet und daß die Membran (6) gegenüber der Membran in eine die Ausströmöffnung verschließende Ausströmöffnung (S) einen fluiddurchlässigen Be- 25 Lage bringt.

reich (S₁) aufwefst, durch den sich der Druck (P₂) Bekannte Ventile dieser Art (DT-PS 5 96 239) mit

hinter der Membran (6) fortschreitend steigert, geschwindigkeitsabhängiger Betätigung werden als wenn sich ein Gegenstand des Förderguts über Sicherheitsventile dazu verwendet, bei einem plötzder Ausströmöffnung befindet urid den Abfluß liehen starken Druckabfall in einer Gasleitung diese des Fluids behindert, wodurch sich die Membran 35 abzusperren. Die Ansprechgeschwindigkeit dieser in ihren nicht verformten Zustand zurückbewegt. Ventile hängt von der Elastizität der Membran ab,

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- der Größe ihrer wirksamen Oberfläche und des auf zeichnet, daß der die Auslaßöffnung (S) um- ihren beiden Seiten vorhandenen Druckunterschieds, gebende und der Membran (6) gegenüberliegende Bei gegebenen Festigkeitseigenschaften des Mem-Teil (2) des Gehäuses (1) über seine gesamte Er- 40 branwerkstoffs hängen die elastischen Eigenschaften Streckung eine konkave Form aufweist und daß der Membran nur von ihrer Dicke ab, die jedoch die Membran längs ihres gesamten Umfangs (la) hinreichend sein muß, um der Membran eine ausmit der Außenkante dieser konkaven Form in Be- reichende mechanische Festigkeit zur Aufnahme des rührung steht (F i g. 1 und 2). bei geschlossenem Ventil auf sie einwirkenden

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 45 Druckes zu verleihen. Da die wirksame Membranzeichnet, daß der die Auslaßöffnung (5) um- fläche sich nicht beliebig vergrößern läßt, haben gebende und der Membran (6) gegenüberliegende solche Ventile bei verhältnismäßig geringen, beider-Teil (2) des Gehäuses (1) über seine gesamte seits der Membran wirksamen Druckdifferenzen Erstreckung eben ausgebildet ist und daß die nur eine begrenzte Ansprechgeschwindigkeit. Sie Membran (6) sich parallel zu diesem Teil er- 5o eignen sich deshalb nicht zur Anwendung an einer streckt, wobei der Abstand zwischen den Öffnun- pneumatisch betriebenen Förderstrecke mit begen (7) und den Kanten der Membran größer als srenzter Leistung der Luftverdichter, bei der die zur der Abstand zwischen diesen Kanten und dem Erzeugung eines gasförmigen Films zwischen dem Teil (2) des Gehäuses (1) ist und mindestens aus- Fördergut und der Tragfläche zu verwendenden Venreicht, um einen Verschluß der Öffnungen (7) 55 tile praktisch in dem Augenblick zu schließen sind, durch Berührung der Membran mit dem Teil des da das Fördergut den Wirkungsbereich des jeweiligen Gehäuses zu verursachen, wenn die Membran in Ventils verlassen hat.