DE2327320C3 - MehrwegeventU - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil mit einem

is in einer zentralen Bohrung im Gehäuse axial verstellbaren Verschlußglied, dem eine Steuermembran an jedem axialen Ende zugeordnet ist, welche die bewegliche Wand eines mit der Steuerleitung in Verbindung stehenden Steuerraumes an der der zentralen Bohrung abgewandten Seite der Steuermembran bildet und dem im Bereich seiner beiden axialen Enden zwischen den Steuermembranen Halterungsmembranen aus Kunststoff mit elastischen bzw. gummiähnlichen Eigenschaften zugeordnet sind, die jeweils mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereich unter einer radialen Druckvorspannung stehend am Verschlußglied befestigt sind, und dieses bistabil in seinen Endstellungen halten. Ventilanordnungen mit den obigen Merkmalen sind z. B. aus der DE-OS 20 61 545 bekanntgeworden, jedoch haben die dort gezeigten Halterungsmembranen eine solche Form, daß sie weder einwandfrei eine Schnappfunktion ausüben können, noch in der Lage sind, das Verschlußglied in den Endlagen festzustellen.

Bei dem Flüssigkeits- oder Gasventil nach der AT-PS 2 55 856 ist der Ventilteller mit Hilfe einer Membran aufgehängt, bei der eine gewisse Sprungfunktion festzustellen ist, eine ausgeprägte Haltefunktion jedoch nicht vorhanden ist. Diese bekannte Membran ist in ihrem mittleren Bereich verdickt und weist seitlich anschließende Schwächungszonen auf, so daß sie ein gewelltes Bild ergibt, im übrigen ist sie unsymmetrisch ausgebildet, so daß sich beim Umschnappen eine relativ Undefinierte Verformung in allen Bereichen ergibt und keine ausgeprägte Haltewirkung erzielt werden kann, ganz abgesehen davon, daß infolge der Unsymmetrie die Wirkung in beiden Bewegungsrichtungen auch noch verschieden ist.

Die FR-PS 10 01984 schließlich zeigt einen membranförmigen Dichtring für Rollenlager aus dünnwandigem Blech, der Einkerbungen besitzt, die ihm trotz einer gewissen Blechdicke, die wegen der möglichen Abnutzung notwendig ist, eine gewisse Elastizität verleihen. Dieser Dichtring, der weder Schnappfunktion noch Halterungsfunktion ausübt, hat eine zentrale Partie, die keine verschiedenen Endstellungen einnehmen, sondern nur eine Federwirkung ausüben und keine Radialkräfte aufnehmen kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Anordnung der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, bei der den Halterungsmembranen nicht nur eine einwandfreie und genaue, gute Schnappfunktion, sondern auch eine sichere Haltefunktion hinsichtlich des Verschlußgliedes zukommt.

Zu dem obengenannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß jede Halterungsmembran zwischen dem am Verschluß-

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Ventilgehäuse eingespannten Außenumfang einen zur Achse des Verschlußgliedes konzentrischen ringförmigen Verstärkungsbereich besitzt, der sich zwischen zwei jeweils als elastisches Gelenk dienenden Schwächungszonen befindet, die jeweils durch an jeder Seite der Membran einander genau gegenüberliegend angeordnete Ringnuten gebildet sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß eine einwandfreie, gute Schnappwirkung bei einfachem Aufbau erzielt und das Verschlußglied in den beiden Endstellungen sicher und genau festgestellt werden kann. Die beiden Schwächungsk-onen stellen echte Gelenke dar, während der zwischen ihnen enthaltene Verstärkungsbereich im wesentlichen starr bleibt und zwischen den beiden Gelenkstellen verspannt ist und sozusagen eine Versteifung darstellt, die das Verschlußglied in seiner Endstellung verspannt Die Schnappfunktion wird von den Schwächungszonen erfüllt, in den Endstellungen wirkt der Verstärkungsbereich sozusagen als Versteifungshebel und übernimmt die Haltefunktion.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt Es zeigt

F i g. 1 ein Mehrwegeventil gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht in einem axialen Schnitt und

F i g. 2 eine Halterungsmembran des Mehrwegeventils nach F i g. 1 in nicht eingespanntem Zustand in einer Seitenansicht in einem axialen Schnitt

Das Mehrwegeventil besitzt in der zentralen Bohrung 1 des Gehäuses 2 ein axial verstellbares VerschlußgTed 3. Diesem Verschlußglied ist einerseits an jedem axialen Ende eine Steuermembran 4, 5 zugeordnet, welche die bewegliche Wand eines mit der Steuerleitung 6 bzw. 7 in Verbindung stehenden Steuerraums 8 bzw. 9 darstellt, der sich an der der zentralen Bohrung 1 abgewandten Seite der Membran 4 bzw. 5 befindet und der auf diese Weise vom Steuerdruck beaufschlagt werden kann. Das Verschlußglied ist im Bereich seiner beiden axialen Enden innerhalb der es enthaltenden Bohrung 1 mit Hilfe von Halterungsmembranen 10, U schwebend aufgehängt, die mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereu' am Verschlußglied befestigt sind und die, von der Mitte des Verschlußgliedes aus gesehen, den jeweiligen Steuermembranen 4, 5 vorgeschaltet sind, derart daß jede Halterungsmembran 10,11 die ihr jeweils zugeordnete Steuermembran in jeder Lage gegen den Arbeitsdruck, der durch die Leitung 12 ankommt abschirmt. Diese Halteiungsmembranen sind hierbei so ausgebildet daß sie das Verschlußglied in den beiden Endstellungen sicher feststellen und sich aus der einen Endstellung in die andere Endstellung unter Einfluß des Steuerdruckes einwandfrei und genau schnappend überstellen. Die spezielle Gestaltung dieser Halterungsmembranen mit dem Zweck, eine besonders sichere und genaue Schnappbewegung zu erzielen, wird weiter unten noch näher beschrieben werden. Das Mehrwegeventil nach F i g. 1 ist als Fünfwegeventil ausgebildet, die zentrale Bohrung im Ventilgehäuse besitzt als M«vom Ventil zu steuernde Wege. Dem Verschlußglied sind vier Tellerventilsitze 13,14,15, 16 zugeordnet es sind also »n-1« dem Verschlußglied in koaxialer Anordnung unter Freilassung eines Spiels umgebende Tellerventilsitze vorgesehen. Das Verschlußglied trägt demgegenüber drei Dichtungsringe 17,18,19, also »n-2« Dichtungsringe. Von diesen Dichtungsringen ist der Ring 18 als Doppelsitzverschlußstück ausgebildet. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen sein., daß »n-1« Dichtungsringe vorgesehen sind, wenn alle Dichtungsringe als Einfachsitzverschlußstücke ausgebildet sind

In F i g. 2 ist die Halterungsmembran 10 für sich allein in nicht eingespanntem Zustand dargestellt Es ist zu erkennen, daß jede Halterungsmembran zwischen dem am Verschlußglied befestigten zentralen Bereich 20 und dem am Ventilgehäuse eingespannten Außenumfang 21 einen Verstärkungsbereich 22 besitzt, der zwischen zwei jeweils als elastisches Gelenk dienenden Schwächungs zonen 23,24 angeordnet ist und ringförmige Gestalt hat Wie diese Schwächungszonen auch. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Halterungsmembranen in eingebautem Zustand unter einer radialen Druckvorspannung stehen, die etwa in Richtung der Pfeile 25a, 250 wirkt Diese radiale Vorspannung wird erreicht indem der Außendurchmesser »D« der Membran größer als der Innendurchmesser des Ventilgehäuses an der

Einspannstelle, also größer als »Di« (F i g. 1) ist Die aus Kunststoff mit elastischen bzw. gummiähnli-

chen Eigenschaften, z.B. aus Copolymerisaten mit Acrylnitril bzw. Chloroprenpolymerisaten bestehenden Halterungsmembranen sind als rotationssymmetrische Körper ausgebildet innerhalb der Fertigungstoleranzen sind sie absolut symmetrisch, was sich auf die Funktionsgenauigkeit vorteilhaft auswirkt Die beiden Schwächungszonen 23, 24 werden durch zwei konzentrische Ringnuten 26a, 26f> bzw. 27a, 276 gebildet wobei jeweils zwei Ringnuten — die Ringnuten 26a und 28b und die Ringnuten 27a, 276 — an einander gegenüberlie genden Seiten der Membran einander genau gegen überliegen. Die Halterungsmembran besteht aus einer das Verschlußglied über eine gewisse axiale Länge umgebenden Hülse 28, die praktisch den zentralen Teil der Membran bildet und die die Gestalt eines mit dem Verschlußglied koaxialen und an diesem festsitzenden Zylinders mit axialer Erstreckung hat und aus einem Teller 29, der den ringförmigen Verstärkungsbereich 22 und die beiden Schwächungszonen 23, 24 enthält und sich vom Bereich des der Steuermembran zugewandten Endes der Hülse etwa in radialer Richtung nach außen erstreckt und dessen Außenumfang am Gehäuse eingespannt ist. Bei der in der Zeichnung gezeigten speziellen Ausführungsform ist der Teller 29 der Halterungsmcmbran gegenüber der Hülse 28 in axialer Richtung gemäß Pfeil 30 gesehen außermittig angeordnet, indem die Abstände der Längsmittelebene 31 des Tellers zu beiden stirnseitigen Abschlußebenen, also die Abstände a bzw. ösich wie 1 bis 1,5 zu 3 bis 3,5 verhalten. Die gesamte axiale Länge der Hülse, also die Länge L, verhält sich zur Dicke ßdes Tellers etwa wie 4 bis 5 zu 1 bis 1,5 vorzugsweise wie 4,5 zu 1,2. Der Außendurchmesser D des Tellers verhält sich zum Außendurchmesser d der Hülse etwa wie 2 bis 3 zu 1, vorzugsweise 10 zu 4. Die Hülse besitzt hierbei jeweils einen Teil, der den Dichtungsring 17 bzw. 19 darstellt, so daß der Dichtungsring mit der Halterungsmembran, wie sie in F i g. 1 und 2 gezeigt ist, einstückig verbunden ist. Die Ringnuten können einen rechteckigen Querschnitt haben, bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen ist der Boden der Ringnuten leicht nach innen gewölbt, diese besitzen hierbei einen nach innen zu durch eine bogenförmige Kontur begrenzten Querschnitt (vgl. Fig.2). Diese Ausführungsformen können evtl. vom Standpunkt der Fertigung aus besondere Bedeutung haben. Die Tiefe t jeder Ringnut verhält sich zur Dicke B des Verstärkungsbereichs wie 1 zu 3 bis 5 vorzugsweise 1 zu 4, die Breite b\ jeder R-iri^niit vsrhält sich 7ϋΐτϊ «^»ußsnciiirchms⁰*''*¹* ^ r\**e

Tellers etwa wie 1 zu 20. Der Abstand c des Außenrandes der äußeren Ringnut 26a bzw. 26b vom AuSanumfang des Tellers entspricht etwa der Breite dieser Ringnut, also der Breite b 1, während der Abstand e zwischen den beiden Mittellinien der beiden Ringruten sich zun; AuBendurchmesser D des Tellers etwa wie 1 zu 2 bis 3, vorzugsweise wie 1 zu 2,5 verhält. Der Abstand / zwischen der Innenkante der inneren Ringnut 27a, 27b und der Außenkante der äußeren Ringnut 26a, 266 entspricht etwa dem halben Außenradius D/2 des Tellers, die Innenkante der inneren Ringnut ist etwa in der Umfangsfläche der Hülse enthalten. Diese spezielle Ausbildung und Bemessung der Halterungsmembran hat größten Einfluß auf die Präzision der Schnappbewegung, dadurch wird erreicht, daß die Membran sich nur so viel durchwölben kann, daß einerseits das einwandfreie und genau schnappende Überstellen aus der einen Endstellung in die andere Endstellung unter allen Umständen sichergestellt ist und andererseits die Lebensdauer auch bei öfterem Gebrauch, bei großer Schalthäufigkeit nicht in Frage gestellt ist

Die zylindrische Innenbohrung 35 der Hülse, durch die das Verschlußglied 3 hindurchgesteckt ist, hat einen Durchmesser d\, der sich zum Außendurchmesser D des Tellers wie 1 zu 6 bis 7 verhält. Diese zylindrische Innenbohrung der Hülse besitzt außerdem an der dem Dichtungsring abgewandten Seite eine etwa flachzylindrische Erweiterung 36, die zur Aufnahme eines Ringbundes 37 am Verschlußglied dient und deren Radius r gegenüber demjenigen der Innenbohrung der Hülse um einen Betrag größer ist, der etwa der Breite der Ringnut entspricht. Die axiale Länge /1 der Erweiterung 36 entspricht etwa der Breite einer Ringnut. An ihrem den Dichtungsring darstellenden Stirnende besitzt die Hülse einen ringartigen Vorsprung 40 in Form einer Dichtungslippe, der eine axiale Länge besitzt, die sich zur Gesamtlänge der Hülse etwa wie 1 zu 7 bis 9, vorzugsweise 1 zu 8 verhält, wobei diese ringartige Dichtungslippe gegenüber der Längsmittelachse der Hülse schräg, vorzugsweise unter einem Winkel von 15° zu dieser verläuft, derart, daß sie etwa den Mantel eines von der Hülse vorspringenden

ίο Kegelstumpfes bildet, der sich in Richtung von der Hülse weg verjüngt. Diese Form der Dichtungslippe ist am besten aus F i g. 2 zu entnehmen. Im Gebrauch dient die Dichtungslippe 40 dazu, am Verschlußglied eng anzuliegen, wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, wobei sie infolge ihres schrägen Verlaufs an dem Umfang des Verschlußgliedes unter gewisser Vorspannung anliegt und somit eine besonders gute Abdichtung garantiert.

In nicht eingespanntem Zustand der Membran — etwa wie in Fig. 2 dargestellt — verläuft die Längsmittelebene des Tellers rechtwinklig zur Längsmittelachse der Hülse, die seitlichen Abschlußflächen des Tellers bilden mit dem Umfang der Hülse einen rechten Winkel. In eingespanntem Zustand der Membran nimmt diese hingegen etwa die in F i g. 1 dargestellte Lage ein, was wohl in erster Linie auf die Vorspannung, mit der die Membran in das Gehäuse eingesetzt ist und in diesem an den Einspannstellen sitzt, zurückzuführen ist: Hier verläuft die Längsmittelebene des Tellers schräg zur Längsmittelachse der Hülse,

u. zw. schräg nach außen und zur Mitte des Verschlußglies hin gesehen, wobei sie mit dieser Längsmittelachse der Hülse in Richtung zur Mitte des Gehäuses hin gesehen einen spitzen Winkel λ ζ. B. von 60—80° bildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrwegeventil mit einem in einer zentralen Bohrung im Gehäuse axial verstellbaren Verschlußglied, dem eine Steuermembran an jedem axialen Ende zugeordnet ist, welche die bewegliche Wand eines mit der Steuerleitung in Verbindung stehenden Steuerraumes an der der zentralen Bohrung abgewandten Seite der Steuermembran bildet und dem im Bereich seiner beiden axialen Enden zwischen den Steuermembranen Halterungsmembranen aus Kunststoff mit elastischen bzw. gummiähnlichen Eigenschaften zugeordnet sind, die jeweils mit ihrem Außenumfang am Gehäuse und mit ihrem zentralen Bereich unter einer radialen Druckvorspannung stehend am Verschlußglied befestigt sind und dieses bistabil in seinen Endstellungen halten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterungsmembran (10,11) zwischen dem am Verschlußglied (3) befestigten zentralen Bereich (20) und dem am Ventilgehäuse eingespannten Außenumfang (21) einen zur Achse des Verschlußgliedes konzentrischen, ringförmigen Verstärkungsbereich (22) besitzt, der sich zwischen zwei jeweils als elastisches Gelenk dienenden Schwächungszonen (23, 24) befindet, die jeweils durch zwei an jeder Seite der Membran einander genau gegenüberliegend angeordnete Ringnuten (26a, 266, 27a, 27b) gebildet sind.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnuten (26a, 26b, 27a, 27b), im Querschnitt gesehen, Rechteckform haben.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Ringnuten (26a, 266,27a, 27b), im Querschnitt gesehen, leicht konkav gewölbt ist.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Halterungsme mbran aus einer das Verschlußglied über eine gewisse axiale Länge umgebenden und einen Dichtungsring bildenden Hülse in Gestalt eines mit dem Verschlußglied koaxialen und an diesem festsitzenden Zylinders mit axialer Erstreckung sowie aus einem einstückig mit der Hülse verbundenen Teller besteht, der sich vom Bereich des der Steuermembran zugewandten Endes der Hülse etwa in radialer Richtung nach außen erstreckt und dessen Außenumfang am Gehäuse eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D) des Tellers sich zum Außendurchmesser (d)der Hülse etwa wie 2 bis 3 :1, vorzugsweise 10:4 verhält, daß in nicht eingespanntem Zustand der Halterungsmembran die Längsmittelebene des Tellers rechtwinklig zur Längsmittelachse der Hülse verläuft und daß der Außendurchmesser des Tellers größer als der Innendurchmesser des Ventilgehäuses an der Einspannstelle ist, derart, daß in eingespanntem Zustand der Halterungsmembran, im Längsschnitt gesehen, der Teller mit der Längsmittelachse der Hülse einen spitzen Winkel von 60-80° bildet.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) jeder Ringnut (26a, 26Z)₁ 27a, 27b) sich zur Dicke (B) des Verstärkungsbereichs wie 1 :3 bis 5, vorzugsweise 1 :4, und die Breite (b\) jeder Ringnut sich zum Außendurchmesser (D) des Tellers etwa wie 1 :20 verhält, daß der Abstand (c) des Außenrandes der

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Tellers etwa der Breite (b\) dieser Ringnut entspricht und der Abstand (e) zwischen den Mittellinien der beiden Ringnuten sich zum Außendurchmesser (D) des Tellers etwa wie 1 :2 bis 3, vorzugsweise wie 1 : 2J verhält und daß der Abstand (f) zwischen der etwa in der Umfangsfläche der Hülse enthaltenen Innenkante der inneren Ringnut (27a, 27b) und der Außenkante der äußeren Ringnut (26a, 266; etwa dem halben Außenradius des Tellers entspricht