THREE-PORTS-TWO-POSITIONS VALVE

Abstract: 1. A 3/2-way valve comprising a valve housing (1) with inlet and outlet passages (2, 3a, 3b) extending therethrough, in which valve housing (1) two valve chambers (6, 7) are provided each of which is directly connected with one of the outlet passages (3a, 3b), and each of the valve chambers (6, 7) being connected, through a valve seat (6a, 7a), with a common inlet passage (2), whereby each of the valve seats (6a, 7a) is opposed by a valve plate (4a, 5a) arranged in the valve chamber (6, 7) which valve plate is integral with a closed diaphragm (4, 5) secured to the valve housing (1) at its outer edges, each of the diaphragms (4, 5) being arranged in one of the valve chambers (6, 7) on the side thereof opposing the valve seat (6a, 7a), and both valve plates (4a, 5a) being connected to one another through a mechanical coupling device (8) which is rigid in its direction of movement, the connection being such that one each of the valve plates (4a, 5a), moves in opening direction while the other one (5a, 4a) moves in closing direction, whereby an actuating device is provided for displacing the valve plates (4a, 5a), characterized in that the diaphragms (4, 5) and the valve plates (4a, 5a) are formed so that the surface area of the diaphragm (4, 5) on which the system pressure acts when the valve plate is lifted from the valve seat (6a, 7a), substantially equals the surface area on which the system pressure acts when the valve plate (4a, 5a) rests upon the valve seat (6a, 7a), and in that the diaphragms are formed as roll-sliding diaphragms (4, 5) a supporting element (9, 10) being provided on the side of each roll-sliding diaphragm facing away from the valve seat (6a, 7a), the surface area of the supporting element (9, 10) which serves as a sliding surface for the diaphragm (4, 5), comprising a first section (9a, 10a) following the valve plate (4a, 5a) and conically extending from the valve plate towards the center axis thereof, and further comprising a cylindrical second section (9b, 10b) following the first section and being opposed by a hollow-cylindrical section of a sliding surface connected with the valve housing (1a, 1b), whereby the conical section (9a, 10a) is dimensioned such that the diameter (D) of the apex circle of the fold (4b, 5b) of the roll-sliding diaphragm (4, 5) which is positioned between the two cylindrical sections (9b-11, 10b-12) of the sliding surfaces, corresponds at least approximately to the diameter of the surface area on which the system pressure acts when the valve plate (4a, 5a) rests upon the valve seat (6a, 7a).

Description: 3/2-Wegeventil Die vorliegende Erfindung betrifft ein 3/2-Wegeventil mit einem Ventilgehäuse, durch welches Zufluss- und Ablusskanäle geführt sind und in dem zwei jeweils mit einem der Abflusskanäle direkt verbundene Ventilkammern angeordnet sind, die jeweils über einen Ventilsitz mit einem gemeinsamen Zuflusskanal verbunden sind, wobei jedem Ventilsitz ein in der Ventilkammer angeordneter Ventilteller gegenüberliegt, der mit einer mit ihren Rändern am Ventilgehäuse befestigten Membran verbunden ist und beide Ventilteller über eine in ihrer Bewegungsrichtung starre, mechanische Koppelungsvorrichtung miteinander so verbunden sind, dass sich die Ventil teller in Bezug auf die Ventilsitze gegensinnig bewegen und eine Betätiguncsvorrichtung zur Bewegung der Ventiltel ler vorhanden ist. Ein derartiges Ventil ist beispielsweise in der DE-OS Nr. 29 25 474 beschrieben. Das bekannte Ventil hat die Eigenschaft, dass seine Funktionsweise vom herrschenden Mediumsdruck weitgehend unabhängig ist und dadurch, beispielsweise bei einer Ausbildung als elektromagnetisches Schaltventil, eine Betätigung mit sehr geringen Schaltkräften möglich ist. Dies wird bei dem bekannten Ventil dadurch erreicht, dass jeder der beiden Ventilkammern zwei Ventilteller zugeordnet sind, die die gleiche Grösse aufweisen, wobei jeweils der eine vom Mediumdruck in Uffnungsrichtung und der andere in Schliessrichtung beeinflusst wird. Hierdurch findet ein Druckausgleich statt, so dass der Einfluss des Systemdrucks auf die Funktionsweise weitgehend ausgeschaltet'ist. Dieses bekannte Ventil ist aber infolge der erforderlichen Vervielfachung von Ventiltellern und Ventilsitzen verhältnismässig aufwendig aufgebaut. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein 3/2-Wegeventil der eingangs erwähnten Bauart so auszubilden, dass der Konstruktionsaufwand erheblich verringert werden kann und das Ventil insbesondere zur Verwendung bei grösseren Nennweiten geeignet ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass gemäss der Erfindung jede Membran als geschlossene Membran ausgebildet und in einer der Ventilkammern an der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite angeordnet, und jeder Ventilteller einstückig in die ihm zugeordnete Membran integriert ist, und Membran und Ventilteller jeweils so ausgebildet sind, dass die Wirkungsfläche der Membran im wesentlichen gleich der Dichtfläche des Ventilsitzes ist. Unter "Wirkungsfläche der Membran" wird dabei die Fläche verstanden, auf die der Systemdruck bei vom Ventilsitz abgehobene Ventilteller einwirkt, während unter ''nicht fläche" die Fläche verstanden wird, auf die der Systemdruck bei auf den Ventilsitz aufgesetztem Ventilteller einwirkt. Als Membranen werden vorteilhaft Faltenbälge oder Rollmembranen verwendet. Bei der Verwendung einer Rollmembran hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn an der vom Ventilsitz abgewandten Seite jeder Rollmembran ein Abstützkörper angeordnet ist, dessen als Abrollfläche für die Membran dienende Mantelfläche einen ersten, sich an den Ventilteller anschliessenden Abschnitt aufweist, der konisch vom Ventilteller weg auf dessen Mittelachse zulaufend ausgebildet ist, sowie einen sich an den ersten Abschnitt anschliessenden, zylinderförmig ausgebildeten zweiten Abschnitt, dem ein hohlzylindrischer Abschnitt einer mit dem Ventilgehäuse verbundenen Abrollfläche gegenüberliegt, wobei die Dimensionierung des konischen Abschnittes so ist, dass der Durchmesser des zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten der Abrollflächen liegenden Scheitelkreises der Falte der Rollmembran mindestens angenähert dem Durchmesser der Dichtfläche des Ventilsitzes entspricht. Als Koppelungsvorrichtung kann eine durch das Gehäuse hindurchgeführte Verbindungsstange dienen. Falls eine Durchführung der Koppelungsvorrichtung durch das Gehäuse und damit durch die Ventilkammern bzw. den Zuflusskanal oder die Abflusskanäle vermieden werden soll, kann die Koppelungsvorrichtung auch als rechteckiger, das Ventilgehäuse aussen umfassender Rahmen ausgebildet sein. Der Ausgleich des Systemdruckes wird bei dem Ventil nach der Erfindung durch die Angleichung der Wirkungsfläche der Membran an die Dichtfläche des Ventilsitzes erreicht. Die Konstruktion wird dadurch besonders einfach, dass die Ventilteller einstückig in die Membran integriert sind. Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele für ein Ventil nach der Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines 3/2-Wegeventiles nach der Erfindung; Fig. 2 eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1. Das in Fig. 1 dargestellte 3/2-Wegeventil besitzt ein Ventilgehäuse 1, in das ein Zuflusskanal 2 und zwei Abflusskanäle 3a, 3b hineingeführt sind. An zwei gegen überliegenden Seiten des Gehäuses sind Ventilkammern 6 und 7 angeordnet, die jeweils direkt mit einem der Abflüsse 3a und 3b und über einen Ventilsitz 6a und 7a mit dem gemeinsamen Zuflusskanal 2 verbunden sind. Die einander gegenüberliegenden Enden des Ventilgehäuses 1 sind mit Deckeln la und lb abgeschlossen . In der Ventilkammer 6 ist eine Rollmembran 4 angeordnet, deren Ränder zwischen dem Deckel la und dem Gehäuse 1 eingespannt sind, während in der Ventilkammer 7 in der gleichen Weise eine Rollmembran 5 mit ihren Rändern zwischen dem Deckel lb und dem Gehäuse 1 befestigt ist. In die Membran 4 einstückig integriert ist ein Ventilteller 4a, der dem Ventilsitz 6a gegenüberliegt, während in die Membran 5 in der gleichen Weise ein dem Ventilsitz 7a gegenüberliegender Ventilteller Sa integriert ist. Die Abflüsse 3a und 3b münden quer zur Bewegungsrichtung der Ventilteller 4a, 5a in die Ventilkammer 6 und 7 ein. Die Ventilteller 4a, 5a sind über eine durch das Innere des Ventilgehäuses 1 hindurchlaufende Stange 8 in ihrer Bewegungsrichtung starr miteinander verbunden, und zwar, wie aus der Zeichnung abzulesen, so, dass sich die beiden Ventilteller 4a und 5a im Hinblick auf die Ventilsitze 6a und 7a gegensinnig bewegen, d.h. dass in den beiden Endstellungen jeweils ein Uentilteller vom Ventilsitz abgehoben ist, während der andere auf dem Ventilsitz aufsitzt. Die Bewegung der Ventilteller geschieht durch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte, beispielsweise an der Verbindungsstange 8 oder einer ihrer Verlängerungen 8a und 8b angreifenden Betätigungsvorrichtung, die beispielsweise als Magnetspule ausgebildet sein kann. Die Betätigung erfolgt jeweils in einer Richtung gegen die Kraft einer Druckfeder 13, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen dem Ventilteller 5a und dem Gehäusedeckel lb angeordnet ist. Um eine gute Führung bei der Bewegung der Ventilteller sicherzustellen, sind die Enden 8a und 8b der Verbindungsstange 8, die durch die Ventilteller hindurchtritt, in Führungen in den Deckeln la und lb geführt. Die Membranen 4 und 5 sind als Rollmembranen ausgebildet, die sich einerseits an einem Abstützkörper 9 bzw. 10 abstützen, der jeweils an der dem Ventilsitz 6a bzw. 7a abgewandten Seite des Ventiltellers angeordnet ist. Dieser Abstützkörper 9, 10 besitzt an seiner äusseren Mantelfläche einen ersten Abschnitt 9a, 10a, der sich in Richtung vom Ventilteller weg auf den Gehäusedeckel la, lb zu konisch verjüngt. An diesen ersten Abschnitt schliesst sich ein zweiter Abschnitt 9b, lOb der Mantelfläche des Abstützkörpers 9, 10 an, der zylindrisch ausgebildet ist. Mit den Gehäusedeckeln la, lb sind zylinderförmige Abrollflächen 11 und 12 verbunden, die den zylindrischen Abschnitten 9b und lOb gegenüberliegen. Die Falte 4b und 5b der Rollmembran 4 und 5 liegt also jeweils zwischen den beiden Abrollflächen 11 und 9b bzw. 12 und lob. Länge und Konizität des ersten Abschnittes 9a und 10a der Mantel fläche des Abstützkörpers 9 und 10 ist, wie aus Fig. 1 ablesbar, so gewählt, dass der Scheitelkreis der Falte 4b der Rollmembran 4 bzw. der Falte 5b der Rollmembran 5 sich zwischen den beiden Abstützflächen suf einem mit S bezeichneten Zylinder bewegt, dessen Durchmesser D mindestens angenähert dem Durchmesser der Dichtfläche des Ventilsitzes entspricht. Dies hat zur Folge, dass, beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Ventils, der auf den geschlossenen Ventilteller 5a wirkende Druck kompensiert wird durch den auf die gesamte Membran 4 wirkenden Druck, so dass auf das System der beiden miteinander gekoppelten Ventilteller 4a und 5a keine vom Systemdruck über den Zufluss 2 beeinflussten Kräfte wirken. Das gleiche gilt auch für den anderen Schaltzustand des Ventils. In Fig. 2 ist eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1 dargestellt, die sich von dieser lediglich in der Art der Koppelungsvorrichtung zwischen den beiden Ventiltellern unterscheidet. Aus diesem Grunde sind in Fig. 2 alle Teile, die denen der Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und es wird bezüglich der Beschreibung dieser Ausführungsform auf Fig. 1 verwiesen. Die starre Koppelung der beiden Ventilteller 4a und 5a erfolgt in Fiq. 2 durch einen insgesamt mit 18 bezeichneten, rechteckigen Rahmen. Dieser Rahmen setzt sich zusammen aus in Längsrichtung verlaufenden Stangen 18b, die über in Querrichtung verlaufende Verbindungsteile 18a miteinander verbunden sind. Der Rahmen 18 ist über Verbindungsstücke 19, welche durch die Gehäusedeckel la und lb hindurchgeführt sind, mit den Abstützkörpern 9 und 10 und damit den Ventiltellern 4a und Sastarr verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, dass die starre mechanische Kopplung der beiden Ventilteller 4a, 5a nicht durch das Ventilgehäuse, d.h. also durch die Ventilkammern 6 und 7 und den Zuflusskanal 2, hindurchgeführt ist. Dies kann besondere Vorteile haben, wenn die mit dem Mediumstrom in Berührung kommenden Teile aus besonderem Material, beispielsweise Kunststoff oder hochlegierten, nichtferromagnetischen Werkstoffen bestehen sollen, die Koppelungsvorrichtung selbst aber nicht aus derartigem Material aufgebaut sein soll. Die Betätigung des Ventils in der Ausführungsform nach Fig. 1 kann auch in der Weise erfolgen, dass durch die Führung im Gehäusedeckel la Druckluft zugeführt und damit ein Überdruck hinter der Membran 4 erzeugt wird, oder dass durch die Führung im Gehäusedeckel lb Luft abgepumpt und damit ein Unterdruck hinter der Membran 5 erzeugt wird.

Claims: Patentansprüche: 1. 3/2-Wegeventil mit einem Ventilgehäuse, durch welches Zufluss- und Abflusskanäle geführt sind und in dem zwei jeweils mit einem der Abflusskanäle direkt verbundene Ventilkammern angeordnet sind, die jeweils über einen Ventilsitz mit einem gemeinsamen Zuflusskanal verbunden sind, wobei jedem Ventilsitz ein in der Ventilkammer angeordneter Ventilteller gegenüberliegt, der mit einer mit ihren Rändern am Ventilgehäuse befestigten Membran verbunden ist und beide Ventilteller über eine in ihrer Bewegungsrichtung starre, mechanische Koppelungsvorrich tung miteinander so verbunden sind, dass sich die Ventil teller in Bezug auf die Ventilsitze gegensinnig bewegen und eine Betätigungsvorrichtung zur Bewegung der Ventil teller vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Membran (4, 5) als geschlossene Membran ausgebildet und in einer der Ventilkammern (6, 7) an der dem Ventilsitz (6a, 7a) gegenüberliegenden Seite angeordnet und jeder Ventilteller (4a, 5a) einstückig in die ihm zugeordnete Membran (4, 5) integriert ist und Membranen und Ventil teller jeweils so ausgebildet sind, dass die Wirkungs fläche der Membran (4, 5) im wesentlichen gleich der Dichtfläche des Ventilsitzes (6a, 7a) ist. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen als Faltenbälge ausgebildet sind. 3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen als Rollmembranen (4, 5) ausgebildet sind. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Ventilsitz (6a, 7a) abgewandten Seite jeder Rollmembran (4, 5) ein Abstützkörper (9, 10) angeordnet ist, dessen als Abrollfläche für die Membran (4, 5) dienende Mantelfläche einen ersten, sich an den Ventil teller (4a, 5a) anschliessenden Abschnitt (9a, lEa) aufweist, der konisch vom Ventilteller weg auf dessen Mittelachse (M) zulaufend ausgebildet ist sowie einen sich an den ersten Abschnitt anschliessenden, zylinder förmig ausgebildeten zweiten Abschnitt (9b, mob), dem ein hohlzylinderförmiger Abschnitt (11, 12) einer mit dem Ventilgehäuse (la, lb) verbundenen Abrollfläche gegenüberliegt, wobei die Dimensionierung des konischen Abschnittes (9a, 10a) so ist, dass der Durchmesser (D) des zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten (9b 11, lob-12) der Abrollflächen liegenden Scheitelkreises der Falte (4b, 5b) der Rollmembran (4, 5) mindestens angenähert dem Durchmesser der Dichtfläche des Ventil sitzes (6a, 7a) entspricht. 5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung als durch das Gehäuse (1) hindurchgeführte Verbindungsstange (8) ausgebildet ist. 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung als recht eckiger, das Ventilgehäuse (1) aussen umfassender Rahmen (18) ausgebildet ist.

Inventors: MOLDENHAUER, HERMANN
Applicants: A. UND K. MULLER GMBH & CO. KG
Application year: 1983
Main classification: F16K39
IPC codes: F16K11, F16K39, F16K41