DE2416359C3 - Ventil für aggressive Medien - Google Patents
Ventil für aggressive MedienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil für aggressive Medien mit manueller oder Fremdbetätigung, dessen ts
Antriebsraum mit dem Antriebssystem vom Ventilraum mit dem Ventilsitz und dem beweglichen Verschlußstück
durch einen Membranbalg dicht abgetrennt ist, durch den hindurch sich ein Antriebsarm
eines Winkelhebels erstreckt, dessen Schwenkachse in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene liegt
und an dessen äußerem Arm ein Antrieb angreift, während an dessen Antriebsarm, der etwa parallel zur
Ventilsitzebene verläuft, das Verschlußstück angelenkt ist.
Ein derartiges Ventil für Fremdbetätigung ist durch die CH-PS 3i9701 bekanntgeworden, das allerdings
für aggressive Medien offensichtlich ungeeignet ist. Bei diesem bekannten Ventil ist der Ventilteller an
dem Antriebsarm um einen Stift schwenkbar angelenkt; außerdem ist der Ventilteller mittels eines Zapfens
in einem eingesetzten Ventilsitz pendelnd geführt. Der Ventilteller führt eine Schwenkbewegung
um die Schwenkachse des Winkelhebels aus. Der Antriebsarm des Winkelhebels ist durch eine gummielastische
Membran hindurchgeführt, die beim öffnungs- und Schließvorgang verformt wird. Auf Grund
der erzwungenen Schwenkbewegung des Ventiltellers, dessen Achse sich stets in die Richtung der Verbindungsgeraden
zwischen der Anlenkung an dem Antriebsarm und der Pendelführung im Ventilsitz einstellt, kann nur einwandfrei dichten, wenn einerseits
die Achse des Antriebshebels parallel zur Ventilsitzebene und außerdem in einem solchen Abstand
zur Ventilsitzebene angeordnet ist, der gleich dem Abstand des Schwenkkigers am freien Ende des Antriebsarmes
von der Ventilsitzebene ist. Dieses bekannte Ventil eignet sich daher praktisch nur für gasförmige
Medien, die unter geringem Druck stehen. Eine Führung des Ventiltellers gegen Kippen oder
Flattern, was bei höheren Betriebsdrücken auftreten müßte, ist nicht vorgesehen. Beispielsweise führen bereits
Temperaturveränderungen zu wenn auch nur geringfügigen Verkantungen des Ventiltellers auf dem
Ventilsitz, die nur durch den elastischen Belag des Ventiltellers ausgeglichen werden können. Muß der
Belag aber eine hohe Elastizität aufweisen, dann eignet er sich nur noch für relativ niedere ."-etriebsdrücke.
Es ist ferner ein Ventil bekannt (US-PS 2 852 947), das ein kugelkalottenförmiges Verschlußstück aufweist,
das in zwei Endlagen umschaltbar ist, in denen es jeweils an einem von zwei Ventilsitzen zur Anlage
kommt. Das Verschlußstück besteht aus einem elastischen Kunststoff und ist am Ende eines Antriebsarmes
eines Hebels mittels eines Kugelgelenkes gelagert. Der Hebel ist einschließlich der Kugel an seinem
freien Ende von einem schlauchartigen, an seinem Ende geschlossenen Ansatz eines Membranbalges
überzogen, der seinerseits an dem Ventilgehäuse festgespannt ist. Im Abstand außerhalb von dem Membranbalg
befindet sich die Schwenkachse des Antriebshebels. Bei diesem bekannten Ventil müssen die
Achsen der Ventilsitze exakt tangential zur Schwenkachse des Antriebshebels ausgerichtet sein, damit eine
dichte Anlage des Verschlußstückes erzielt wird, das zwar um die Kugel am Ende des Antriebsarmes allseitig
schwenken kann, das jedoch hinsichtlich seines radialen Abstandes von der Schwenkachse des Antriebshebels
fixiert ist und das hinsichtlich der Ventilsitze keine sonstige Führung aufweist. Es müssen
daher sowohl das Verschlußstück als auch die Ventilsitze jeweils kugelkalottenringförmige Oberflächen
aufweisen. Dadurch ist jedoch die Anordnung sehr empfindlich gegen Änderung des Schwenkradius
des Verschlußstückes. Auch baut die Anordnung wegen der Verwendung eines geraden Hebels, bei dem
lediglich das Ende etwas abgebogen ist, relativ groß.
Darüber hinaus ist die Bearbeitung der Ventilsitze sehr arbeitsaufwendig, da ein Bezugspunkt, der beiden
Gehäusehälften gemeinsam ist, fehlt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein Ventil der eingangs genannten Art
so zu verbessern, daß es sich auch für aggressive Medien nicht nur geringer Drücke eignet und bei dem
außerdem das Problem der exakten Zuordnung zwischen Veschlußrtück, Antriebshebellagerung und
Ventilsitz so gelöst ist, daß ohne besonderen herstellungstechnischen Aufwand ein betriebssicheres, dichtes
Anliegen des Verschlußstückes an dem Ventilsitz gewährleistet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Ventil der eingangs genannten
Art dadurch, daß a) das Verschlußstück an dem Antriebsarm des Winkelhebels in dessen Längsrichtung
verschiebbar, im übrigen kugelgelenkartig und allseitig elastisch nachgiebig befestigt ist, b) das Verschlußstück
in dem Ventilgehäuse senkrecht zur Ventilsitzebene verschiebbar geführt ist und c) der Membranbalg
einen zentralen, schlauchartigen, am Ende geschlossenen und den Antriebsarm des Winkelbebeis
übergreifenden und umschließenden Ansatz aufweist.
Durch die Erfindung wird erstmalig bei einem Ventil der eingangs genannten Bauart sowohl eine exakte
Zuordnung von Verschlußstück zu Ventilsitz erzielt, obwohl das Verschlußstück an dem Antriebsarm relativ
lose und allseitig bewegbar angebracht ist. Dadurch wird eine zuverlässig dichte Anlage des Verschluß-Stückes
an dem Ventilsitz auch bei höheren Betriebsdrücken gewährleistet, wie die Praxis bewiesen hat.
Durch die Anordnung der Schwenkachse des Winkelhebels in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene
läßt sich ein geringer Verformungsgrad des Membranbalges erreichen, der die Verwendung gegen aggressive
Medien beständiger Werkstoffe erleichtert. Auf Grund der (an sich bekannten) Anordnung eines
den Antriebsarm des Winkelhebels dicht umschließenden Ansät ;s läßt sich eine Korrosionsbeständigkeit
auch des Antriebsteiles verwirklichen. Trotzdem ist eine sichere Kraftübertragung zwischen Antriebsarm
und Verschlußstück gewährleistet und es ist außerdem die Positionsgenauigkeit des Verschluß-Stückes
relativ zum Ventilsitz nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer, nicht vorhersehbarer Vorteil der erfindungsgemäßen
Anordnung besteht darin, daß die Möglichkeit besteht, eine Dämpfung auf Grund der
Art der Befestigung des Verschlußstückes an dem Ende des Antriebsarmes zu erzielen. Bei einer bevorzugten
AusfUhrungsform der Erfindung ist demgemäß
vorgesehen, daß das Ende des Antriebsannes des Winkelhebels im Ventilkörper abgedichtet ist und
dieser sich bei Schaltbewegungen ändernde Raum als Dämpfungskammer dient. Eine Dämpfung wird dann
erzielt, wenn ein Energieverzehr bzw. eine Energieumwandlung in Wa, mc erfolgt, beispielsweise dadurch,
daß Flüssigkeit oder Gas durch einen engen Spalt hindurchgetrieben werden. Im vorliegenden Fall ändert
sich das Volumen des durch die Anbringung am Ende des Antriebsannes nach außen abgeschlossenen Raumes
im Verschlußstück. Es muß dann Gas oder Flüssigkeit durch Spalte hindurch aus diesem Raum heraus-
oder in ihn einströmen, wodurch die Dämpfungswirkung erzielt wird
Der die Durchführung des Winkelhebels abdichtende Membranbalg muß «He durch den Innendruck
im Ventilgehäuse auftretende Belastung aushallen. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung
stützt der zentrale Teil des Membranbalges sich an einem zusätzlichen, kugelkalottenförmigen Stützteil
unmittelbar oder mittelbar über ein komprimierbares Teil ab, wobei der Mittelpunkt des kugelkalottenförmigen
Teiles etwa auf der Drehachse des Winkelhebels liegt. Die mittelbare oder unmittelbare
Abstützung erhöht die Belastbarkeit des Membranbalges oder, anders ausgedrückt, es sind höhere
Drücke innerhalb des Ventilgehäuses zulässig, ohne dem Membranbalg zu schaden. Die Wahl der Lage
des Mittelpunktes des kugelkalottenförmigen Teiles auf der Drehachse des Winkelhebels sorgt dafür, daß
sich das komprimierbare Teil nicht bei der Schwenkbewegung verformen muß. Dadurch wird einerseits
das komprimierbare Teil geschont und es wird andererseits die Betätigung des Ventiles aicht erschwert,
weil die Verformung des Stützteiles zusätzliche Antriebsenergie erfordern würde.
Wird das Ventil in servomittelgestf . :rter Ausführung
ausgebildet, dann ist das Hilfsventil vorgesehen, das in dem längsdurchbohrten Verschlußstück untergebracht
ist, wobei die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist, der seinerseits mit dem Antriebsarm
»n der zuvor geschilderten Weise verbunden
ist. Dabei ist der Ventilraum durch eine Membran unterteilt. Besteht die Membran aus einem relativ steifen
Kunststoff, wie beispielsweise Tetrafluoräthylen, so
JO wird die Lebensdauer derartiger Membranen häufig dadurch begrenzt, daß der Membranrand einer besonders
starken Biegewechselbeanspruchung in der Nähe des Einspannbereiches ausgesetzt ist. Bei einer
bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung besteht die den Ventilraum unterteilende Membran aus einem
sich nicht mit dem Kunststoff des Ventilgehäuses und des Verschlußstückes verbindenden Kunststoff und es
ist die Membran zur Bildung ihrer Randwulste in entsprechende Rundungen von Gehäuse und Ventilkörper
eingespritzt zur Bildung abdichtender und drehbarer Randwulste. Dies hat den Vorteil, daß nicht nur
auf eir ? zusätzliche Montage verzichtet werden kann,
weil die Montage durch den Herstellungsvorgang erfolgt; es hat auch ferner noch den Vorteil, daß der
Randwulst in der Nut von Gehäuse und Verschlußstück drehbar ist, wodurch die in der Nähe des Randwulstes
befindlichen Bereiche der Membran bei den Arbeitsbewegungen weniger beansprucht werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
so Erfindung dargestellt. Es zeigt in schematisierter Darstellung:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil, F ig. 2 einen Schnitt durch ein Durchgangsventil mit
Servomittelvorsteuerung,
Fkg. J einen Schnitt durch eine Lagerung des Winkelhebels,
Fig. 4 einen Schnitt durch ein fremdmittelgesteuertes
Durchgangsventil,
häuse in Draufsicht und
Fig. 6 eine Seitenansicht.
Fig. 6 eine Seitenansicht.
In einem aus Kunststoff bestehenden Ventilgehäuse aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 ist
ein Verschlußstück 3 an einem Ventilkörper 4 vorgesehen, der in dem Oberteil 1 axial geführt ist. Seitlich
am Ventilgehäuse 1, 2 ist ein Winkelhebel 5 um eine Schwenkachse 6 drehbar gelagert, wobei die Achse
sich außerhalb einer vom Oberteil 1 umschlossenen
Innenkammer 7 befindet; ein Antriebsarm 8 des Winkelhebels S greift in eine Ausnehmung 9 des
Ventilkörpers 4 ein. Er trägt auf seinem Außenumfang
einen elastischen Ring, der unmittelbar oder mittelbar auf einen auf den Antriebsarm 8 gestülpten r>
Membranbalg 10 aufgesetzt ist. Der Membranbalg 10 ist an seinem freien Ende in einer Gehäuseaussparung
11 befestigt und ist mit einer zusätzlichen Abstützung in Gestalt eines komprimierbaren Teiles 12 versehen,
das mit dem Winkelhebel 5 abschließt. Auf diese Weise ist die Innsnkammer 7 von außen abgetrennt
und es kann das andere Hebelende des Winkelhebels 5 mit dem jeweils vorgesehenen Antrieb verbunden
werden. Die Bewegung des Antriebsarmes 8, die eine Schwenkbewegung um die Achse 6 ist, wird |r'
durch die Führung des Ventilkörpers 4 und dessen nachgiebige Verbindung mit dem Antriebsarm 8 in
eine axiale Bewegung umgesetzt, wodurch gleichmäßige Hübe und Offniinoswege am Verschlußstück sichergestellt
werden. Es können hierdurch auch entsprechende Übersetzungsverhältnisse verwirklicht
werden.
Durch die Verwendung eines Winkelhebels S ist es möglich, den Antrieb auf das Oberteil 1 des Ventilgehäuses
aufzusetzen. Durch diese Möglichkeit, einen Antriebsraum 7'vorzusehen, können unterschiedliche
Antriebe, die je nach Einsatzbedingungen gewünscht werden, in diesem Antriebsraum 7' untergebracht und
leicht auswechselbar angeordnet werden. Das andere Hebelende 13 des Winkelhcb -Is 5 ragt nicht in diesen in
Antriebsraum 7', wodurch verschiedene Einstellmöglichkeiten für den Winkelhebel erhalten bleiben. Das
Hebelende 13 ist mit einem Anzeigeteil in Form einer Fahne 14 versehen und es ist das Abdeckgehäuse 15
mit einem entsprechenden Sichtfenster 16 ausgerüstet. Dadurch läßt sich die jeweilige Schaltstellung des
Ventils visuell überwachen und es kann gegebenenfalls eingegriffen werden. Schließlich können hier
auch entsprechende End- oder sonstige Schalter angeordnet und betätigt werden. Durch eine abnehmbare
Kappe 17 ist es möglich, einen Einstellstift 19 sowie eine Rückstellfeder 18 auf dem Hebelende 13
mit einer entsprechenden Sicherungsmutter axial verschiebbar gegenüber dem Antrieb einzustellen. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um einen Stift 20, der von einem T-förmigen
Anker 21 eines Wechselstrommagneten 22 betätigt wird. Ebenso können auch Gleichstrommagnete oder
andere Antriebe vorgesehen sein. Durch die Einstellbarkeit wird erreicht, daß jeweils der Hub am Verschlußstück
3 zur Wirkung kommt, der vorher eingestellt wurde. Ein Raum 24 zwischen einer Abdichtung
23 und dem Ventilkörper 4 am Antriebsarm 8 des Winkelhebels 5 kann als Dämpfungskammer verwendet
werden, da diese Raum sich entsprechend den Bewegungsabläufen ins einem Volumen ändert. Es ist
auch möglich, hier entsprechende Rückschlagventile vorzusehen, wodurch die Dämpfung wahlweise in
Öffnungs- oder in Schließrichtung wirken kann.
Das Prinzip der Verbindung zwischen Antriebsarm des Winkelhebels und dem Verschlußstück sowie der
Führung des Verschlußstückes senkrecht zur Ventilsitzebene läßt sich auch bei Ventilen mit Servomittelvorsteuerung
durch ein Hilfsventil einsetzen. Dabei ist das Hilfsventil in dem längsdurchbohrten Verschlußstück
untergebracht, wobei die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist. Das Hilfsventil
ist an dem Antriebsarm in der gleichen Weise befestigt wie bei unmittelbar betriebenen Ventilen da
Verschlußstück. Dabei ist der Ventilraum durch eini Membran 26 unterteilt, um das Servomittel vom zi
steuernden Medium zu trennen. Eine derartige Aus führungsform zeigt Fig. 2. Ein Hilfsventilstößel 25 is
im Ventilkörper 4 längsverschiebbar vorgesehen unc über den Antriebsarm 8 des Winkelhebels 5 betätig
bar. Die Innenkammer 7 dient dabei als Druckmittel raum 27, der von dem zu steuernden Medium durc!
die Membran 26 abgetrennt ist. Die Membran besteh z. B. aus Tetrafluoräthylen.
Bei üblicher, fester Einspannung des Mfembranran
des ist diese in ihrem Bewegungsablauf begrenzt, we der Membranrand fest eingespannt ist. Um eine ein
fache Produktion und Montage einerseits und ein Bewegbarkeit der Membran im Einspannbereich an
dererseits zu erzielen, werden der Ventilkörper 4
entsprechende Teile des Ventilgehäuses 1, 2 n! Formteile verwendet und es, wird ein Kunststoff ein gespritzt, der sich mit den für den Ventilkörper 4 un das Ventilgehäuse 1, 2 verwendeten Kunststoffe nicht verbindet. Dabei wird der Kunststoff unmittel bar in die Einspannräume in Form von ringförmige Nuten mit kreisförmigem Querschnitt eingespritzt Dabei darf selbstverständlich der Ventilkörper 4 ent gegen der Darstellung von Fig. 2 keine Hinterschnei dung aufweisen, weil sonst ein Entformen nicht mög lieh ist Auch ist in einem solchen Fall die l'renneben zwischen Ober- und Unterteil gegenüber der Ein spannstelle versetzt. Durch das Einspritzen des Mem branwerkstoffes in die Form entsteht eine Art Dreh gelenk der Membran innerhalb der Nut bei dichte Befestigung. Selbst bei Verwendung relativ steife Werkstoffe läßt sich die Membran auf Grund diese Einspannmethode einwandfrei bewegen.
entsprechende Teile des Ventilgehäuses 1, 2 n! Formteile verwendet und es, wird ein Kunststoff ein gespritzt, der sich mit den für den Ventilkörper 4 un das Ventilgehäuse 1, 2 verwendeten Kunststoffe nicht verbindet. Dabei wird der Kunststoff unmittel bar in die Einspannräume in Form von ringförmige Nuten mit kreisförmigem Querschnitt eingespritzt Dabei darf selbstverständlich der Ventilkörper 4 ent gegen der Darstellung von Fig. 2 keine Hinterschnei dung aufweisen, weil sonst ein Entformen nicht mög lieh ist Auch ist in einem solchen Fall die l'renneben zwischen Ober- und Unterteil gegenüber der Ein spannstelle versetzt. Durch das Einspritzen des Mem branwerkstoffes in die Form entsteht eine Art Dreh gelenk der Membran innerhalb der Nut bei dichte Befestigung. Selbst bei Verwendung relativ steife Werkstoffe läßt sich die Membran auf Grund diese Einspannmethode einwandfrei bewegen.
In Fi g. 3 ist eine Weiterbildung der Abdichtung de Membranbalges 10 auf dem Antriebsarm 8 gezeigt
wobei an dem Antriebsarm 8 in der Nähe de Schwenkachse 6, also zwischen Membranbalg 10 un<
Winkelhebel 5 ein kugelkalottenförmiger Ansatz 2! vorgesehen ist, gegen den sich ein mehr oder wenige
elastisches Zwischenglied 29 abstützt, das wiederun die Abstützung für den im Gehäusebereich abgedich
teten und über den Antriebsarm 8 gestülpten Balg H übernimmt.
In Fig. 4 ist ein anderer Antrieb dargestellt, be dem es sich um einen Servomittelantrieb 30 handelt
der durch Einschieben quer zur Ventilachse an Stell des Magneten in den Druckmittelraum 27 eingesetz
wird und der auf den einstellbaren Stift 19 am End 13 des Winkelhebels 5 wirkt. Das Servomitt'"'- win
an einer Anschlußbohrung 31 zugeführt. Der Arbeits balg wird durch Zuführen eines Servomittels aufge
bläht und wirkt axial gegen den Einstellbereich 19 wodurch Winkelhebel und Ventilkörper betätigt wer
den können. Die Antriebe sind einfach gegeneinande austauschbar, wodurch das Ventil ohne Änderung sei
nes Grundaufbaues für verschiedene Antriebsartei umgerüstet werden kann, was Lagerhaltung unc
Überwachung vereinfacht.
Gemäß der Draufsicht nach Fig. 5 ist am Winkel hebel ein umgebogener Ansatz 32 vorgesehen, der mi
einer Handverstellvorrich*ung 33 zusammenwirkt, dii
gemäß Fig. 6 in einen Handhebel 34 mit einem Griff teil übergeht. Der Ansatz 32 kann so in den Betäti
oimocwgo des ^yinkelhebels °ebracht werden daß e
diesen blockiert bzw. daß der Winkelhebel in die Off nungs- oder Schließstellung des Ventils gebracht wer
7 8
den kann; das Ventil weist also hier eine zusätzliche tungdes Hebelendes im Bereich der Schwenkachse 6
manuelle Eingriffsmöglichkeit auf. im Hinblick auf die Kammer 7 von außen zu überwa-
Durchdie Anordnung des Winkelhebels seitlich am chen, ohne im übrigen das Ventil und seinen Antrieb
Ventilgehäuse 1. 2 in einem gesonderten, nicht näher zusätzlich beeinflussen zu müssen. Die Abdichtung
dargestellten Lageransatz ist es ferner möglich, eine >
kann beispielsweise durch Verstellen eines Ringteiles
Kappe 35 unabhängig abzunehmen und die Abdich- 36 ein- und nachgestellt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Ventil für aggressive Medien mit manueller oder Fremdbetätigung, dessen Antriebsraum mit
dem Antriebssystem vom Ventilraum mit dem Ventilsitz und dem beweglichen Verschlußstück
durch einen Membranbalg dicht abgetrennt ist, durch den hindurch sich ein Antriebsann eines
Winkelhebels erstreckt, dessen Schwenkachse in unmittelbarer Nähe der Membranbalgebene liegt
und an dessen äußerem Arm ein Antrieb angreift, während an dessen Antriebsarm, der etwa parallel
zur Ventilsitzebene verläuft, das Verschlußstück angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß |5
a) das Verschlußstück (3) an dem Antriebsarm (8) des Winkelhebels (5) in dessen Längsrichtung
verschiebbar, im übrigen kugelgelenkartig und allseitig elastisch nachgiebig befestigt ist,
b) das Vena-ldußstück in dem Ventilgehäuse (1,
2) senkrecht zur Ventslsitzebene verschiebbar geführt ist und
c) der Membranbalg (10) einen zentralen, schlauchartigen, am Ende geschlossenen und
den Antriebsarm des Winkelhebels übergreifenden und umschließenden Ansatz aufweist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Antriebsannes (8) des m
Winkelhebels (5) im Verschlußstück (3) abgedichtet ist und dieser sich bei Schaltbewegungen
ändernde Raum als Dämpfungskammer (24) dient.
3. Ventil nach Anspruch \ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Tei. des Membranbalges
(10) sich an einem zusätzlichen, kugelkalottenförmigen
Stützteil (11) unmittelbar oder mittelbar über ein komprimierbares Teil (12) abstützt,
wobei der Mittelpunkt des kugelkalottenförmigen Teiles etwa auf der Drehachse (6) des
Winkelhebels (5) liegt (Fig. 3).
4. Ventil nach Anspruch 1 mit Servomittelvorsfeuerung
durch ein Hilfsventil, bei dem das Hilfsventil in dem längsdurchbohrten Verschlußstück
untergebracht ist und die Bohrung durch einen Hilfsventilstößel abschließbar ist, wobei der Hilfsventilstößel
über den Antriebsarm betätigbar ist und der Ventilraum durch eine Membran unterteilt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilraum unterteilende Membran (26) aus einem
sich nicht mit dem Kunststoff des Ventilgehäuses (1,2) und des Verschlußstückes (3) verbindenden
Kunststoff besteht, und daß die Membran zur Bildung ihrer Randwulste in entsprechende
Rundungen von Gehäuse und Ventilkörper eingespritzt ist zur Bildung abdichtender und drehbarer
Randwulste.
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