MEMBRANE VALVE

Abstract: 1. Diaphragm valve comprising a valve housing (2) which has a flow channel (4) with a valve seat (12) arranged obliquely in relation to the direction of flow and wherein there is gripped between gripping surfaces on the valve housing (2), which are parallel to the direction of flow, a diaphragm (7) with a valve closure member (11) adapted to be lifted from and lowered on to the valve seat (14) by a valve spindle, characterized in that there is provided on that side of the diaphragm (7) which is further from the flow channel (4) a supporting surface (13) which extends at least as far as the plane of the gripping surface closer to the flow channel (4) and which guides the diaphragm (7) from the gripping point in the direction of the flow channel (4).

Description: Membranventil Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Strömungskanal mit einem schräg zur Strömungsrichtung angeordneten Ventilsitz aufweist und bei dem zwischen Einspannflächen am Ventilgehäuse eine Membran mit einem durch eine Ventilspindel von dem Ventilsitz abhebbaren bzw. auf diesen absenkbaren Ventilverschlussstück eingespannt ist. Derartige Membranventile sind beispielsweise aus der DE-PS 25 10 428 und der FR-PS 10 45 343 bekannt. Sie weisen in einem unteren Gehäuseteil einen weitgehend geraden Strömungskanal mit einem schräg zur Strömungsrichtung angeordneten Ventilsitz auf. In Schliessstellung liegt ein Ventilverschlussstück auf dem Ventilsitz auf, das mit einer Ventilspindel verbunden ist, und zwar einmal starr (FR-PS 10 45 343) und einmal über ein Gelenk (DE-PS 25 10 428), um das das Ventil verschtussstück beim SchlieRen nach Aufsetzen auf dem oberen Teil des Ventilsitzes klappenartig schwenken kann. Das Ventilstück ist Teil einer Membran, die zwischen Einspannflächen an dem oberen und unteren Teil des Gehäuses eingespannt ist. Diese Membran ist vom Ventilverschlussstück nach oben gewölbt, so dan zumindest in Schliessstellung von der Druckseite her gesehen eine konkave, ringförmige Rinne entsteht. Auf diese Weise ergibt sich die für das Abheben erforderliche Bewegungsfreiheit des Ventilverschlussstückes. Nachteilig bei diesen Membranventilen ist, dass ihre Druckfestigkeit begrenzt ist. Dabei haben sich zwei Schwachpunkte herausgestellt, die einer Verwendung von Membranventilen bei höheren Drücken bisher im Wege standen. Die eine Schwachstelle ist die Einspannung des Membranrandes, die dem Druck insbesondere bei höheren Temperaturen der Flüssigkeit häufig nicht standhält, so dass der Membranrand je nach Formgebung der Membran herausgedrückt bzw. herausgezogen wird. Das Ventil ist dann nicht mehr gebrauchsfähig. Die zweite Schwachstelle ist insbesondere der obere Rand von Venti lverschlussstück und-Ventilsitz, wenn beide so ausgebildet sind, wie bei dem Membranventil nach der DE-PS 25 10 428. Bei diesem Membranventil ist der Ventilsitz kegelförmig gestaltet. Das im wesentlichen runde Ventilverschlussstück sitzt in der Schliessstellung so im Ventilsitz, dass die Mittelachsen von Ventilverschlussstück und vom Kegel des Ventilsitzes praktisch koaxial zueinander verlaufen. Unter Mittelachse des Ventilverschlussstückes ist dabei diejenige Achse zu verstehen, die senkrecht zur Ebene des Ventilverschlussstückes verläuft. Der Kegel des Ventilsitzes wird somit von dem Ventilverschlussstück gerade geschnitten. In Verbindung mit einem Ventilsitzwinkel von etwa 1150 entsteht durch diese Geometrie die Gefahr, dass das Ventilverschlussstück beim Schliessen durch den Ventilsitz durchrutscht, und zwar zunächst an der oberen Kante des Ventilsitzes. Die Gefahr ist vor allem deshalb gegeben, weil die Ventilspindel im Winkel zur Mittelachse des Ventilverschlussstückes verläuft, und zwar zur Senkrechten hin. Dieser Winkel kann deshalb nur gering sein, keinesfalls so gron, dass die Ventilspindel senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. Letzteres ist jedoch wegen der einfachen Bedienbarkeit erwünscht. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Membranventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass es bei höheren Drücken als bisher einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird, was die Einspannung des Membranrandes angeht, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dan an der druckabgewandten Seite der Membran eine zumindest annähernd bis zur druckseitigen Einspannfläche reichende, die Membran von der Einspannung in Richtung auf den Strömungskanal führende Stützfläche vorgesehen ist. Diese Stützfläche zwingt der Membran einen von der Einspannung zum Strömungskanal abbiegenden Verlauf auf. Dies hat zur Folge, dass der Fluiddruck praktisch keine Angriffsfläche mehr für ein Herausdrücken bzw. Herausziehen des Membranrandes aus der Einspannung findet. Entsprechend druckfest ist das Membranventil in diesem Bereich. Die Stützfläche ist zweckmässigerweise als über den gesamten Umfang der Membran gehende Ringfläche ausgebildet, kann jedoch auch beschränkt sein auf die am meisten gefährdeten Teile des Umfangs der Membran. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stützfläche von dem aussenseitigen Rand eines Ringsteges gebildet ist. Dieser Ringsteg kann beispielsweise an einem die druckabgewandte Einspannfläche tragenden Gehäuseteil angeformt sein. Die Membran ist zweckmässigerweise der erfindungsgemässen Geometrie angepasst. So sollte die Membran vom in Schliessstellung unteren Teil des Ventilverschlussstückes in einem von der Druckseite aus gesehen konkaven Bogen nach aussen bis zur Innenwandung des Ventilgehäuses gehen, dort nach oben und dann wieder entgegengesetzt nach aussen zu den Einspannflächen umbiegen. Vom in Schliessstellung oberen Teil des Ventilver schlussstückes. sollte die Membran schräg nach oben in gerader Richtung verlaufen und dann nach aussen an den Einspannflächen umbiegen. Ferner ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die Ventilspindel am membranseitigen Ende einen Ringkörper zur Abstützung zumindest eines Teils der Membran in Offenstellung aufweist. Auch dies trägt zur Entlastung der Membran und damit zur Drucksicherheit des Membranventils bei. Was die Ausbildung von Ventilverschlussstück und Ventilsitz angeht, so wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das Ventilverschlussstück zum oberen Teil des Ventilsitzes hin derart versetzt geführt ist, dass in Schliessstellung die Mittelachse des Ventilverschlussstückes und die des Ventilsitzes einen Winkel einschliessen. Geometrisch gesehen schneidet das Ventilverschlussstück den Kegel des Ventilsitzes also nicht - wie bei den bekannten Lösungen - im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse (gerader Kegetschnitt), sondern schräg dazu (schiefer Kegelschnitt). Dies hat zur Folge, dass ein Durchrutschen des oberen Randes des Ventilverschlussstückes nicht mehr möglich ist, und zwar selbst dann nicht, wenn die Ventilspindel in der gewünschten senkrechten Stellung angeordnet ist. Eine sichere Funktion des Ventils ist deshalb bei einfacher Handhabung gegeben. Der Winkel zwischen den Mittelachsen des Ventilverschlussstückes und des Ventilsitzes in Schliessstellung 0 sollte zumindest 5 betragen, wobei der Winkel vorzugs- weise zwischen 1o und 2o0 liegen sollte. Ein Durchrutschen des Ventilverschlussstückes wird ergänzend auch dann erschwert, wenn der Kegelwinkel des Ventilsitzes grösser als 1200, vorzugsweise bei 140 liegt. Erfindungsgemäss sollte die Ventilspindel senkrecht zum Strömungskanal verlaufen, um eine möglichst einfache Betätigung des Membranventils zu erzielen. Schliesslich sollte die Gelenkverbindung zwischen Ventilspindel und Ventilverschlunstück aus einem Bolzen und einem diesen maximal 1800 einfassenden Haken bestehen, wobei der Haken etwa in Richtung der Ebene des Ventilverschlussstückes offen ist. Diese Ausbildung lässt eine leichte Verschiebung des Venti lverschlussstückes zur Ventilspindel zu, was beim Aufsitzen auf dem Ventilsitz von Vorteil ist. In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Aus führungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Membran ventil in etwa halb geöffneter Stellung und Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Membranven til gemäss Fig. 1 in voll geöffneter Stel lung. Das Membranventil 1 besteht aus einem unteren Gehäuseteil 2 und einem oberen Gehäuseteil 3. Das untere Gehäuseteil 2 umschlieRt einen praktisch gradlinig verlaufenden Strömungskanal 4 und weist an dessen Enden FLansche 5, 6 auf. Es ist zum oberen Gehäuseteil 3 hin offen. Der offene Abschnitt des unteren Gehäuseteils 2 wird von einer Membran 7 abgeschlossen, die mit ihrem Membranrand 8 zwischen unterem und oberen Gehäuseteil 2, 3 eingespannt wird. Die Einspannkräfte werden über beide Gehäuseteile 2, 3 verbindende Schrauben 9, 1o aufgebracht. Die Membran 7 weist ein Ventilverschlussstück 11 auf, das mit einem kegelförmigen Ventilsitz 12 korrespondiert, der schräg zur Strömungsrichtung verläuft. Das Ventilverschlussstück 11 ist ein im wesentlichen runder Teller, von dem aus die Membran nach oben verläuft. Von dem in dieser Ansicht linken Teil geht die Membran 7 von der Oberseite des Ventilverschlussstückes 11 nahe der Mitte in einem nach aussen gerichteten, von der Druckseite her gesehen konkaven Bogen über, und zwar bis zur Innenwandung des unteren Gehäuseteils 2. Dort biegt sie in einem umgekehrten Bogen nach oben ab, um dann wieder entgegengesetzt nach aussen in die Waagerechte zu gehen, wo sie bzw. ihr Membranrand 8 zwischen den beiden Gehäuseteilen 2, 3 eingespannt wird. Im in dieser Ansicht rechten Teil verläuft die Membran 7 vom oberen Rand des Ventilverschlussstückes 11 schräg nach oben und biegt dann aussen in den eingespannten Membranrand 8 um. Die Membran 7 wird auf ihrer Oberseite, d. h. der druckabgewandten Seite, von einem vom oberen Gehäuseteil 3 nach unten gerichteten Ringsteg 13 abgestützt. Sein unterer Rand reicht etwas tiefer als die Einspannfläche am unteren Gehäuseteil 2. Unabhängig von der jeweiligen Stellung des Ventilverschlussstückes 11 sorgt der Ringsteg 13 dafür, dass die Membran 7 von der Einspannung zunächst nach unten biegt. Dies macht insbesondere Figur 2 deutlich, in der sich das Ventilverschlunstück 11 in der Offenstellung befindet. Der Ringsteg 13 verhindert dabei, dass die Flüssigkeit, die durch dasMembranventil 1 einfliesst, am Membranrand 8 in der Weise angreifen kann, dass dieser herausgedrückt bzw. herausgezogen wird. Das Ventilverschlussstück 11 ist an seiner Oberseite mit einer Ventilspindel 14 verbunden, und zwar über ein Schwenkgelenk 15. Letzteres weist einen quer zur Strömungsrichtung waagerecht verlaufenden Bolzen 16 auf, der an dem membranseitigen Ende der Ventilspindel 14 angeordnet ist. Dieser Bolzen 16 wird von einem an dem Ventilverschlussstück 11 befestigten Haken 17 umfasst, jedoch nur so weit, dass der Bolzen 16 beispielsweise bei der Montage aus dem Haken 17 seitwärts herausrutschen bzw. in diesen hineinrutschen kann. Diese Art Verbindung soll zudem eine geringe seitliche Bewegung des Ventilverschlussstückes 11 etwa beim Aufsetzen auf den Ventilsitz 12 ermöglichen. Die Ventilspindel 14 ist oberhalb des Schwenkgelenkes 15 von einem Ringkörper 18 umgeben, der eine zusätz liche Abstützung insbesondere des in dieser Ansicht linken Teils der Membran 8 bietet. Die Ventilspindel 14 weist oberhalb dieses Ringkörpers 18 aussenseitig ein Schraubgewinde auf, mit dem sie in einer Gewinde hülse 19 mit einem innenseitigen Schraubgewinde geführt ist. Die Gewindehülse 19 ist drehbar im oberen Gehäuseteil 3 gelagert und fest mit einem sie im oberen Teil umgebenden Ringteil 20 verbunden. Von diesem Ringteil 20 gehen Speichen 21, 22 radial nach aussen zu einem Handrad 23 aus. Durch Drehen des Handrades 23 wird die Gewindehülse 19 mitgenommen, wobei deren Drehbewegung über das Gewinde zwischen ihr und der Ventilspindel 14 in einer Auf- und Abbewegung umgesetzt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, dass das Handrad 23 seine Lage während der Verstellung der Ventilspindel 14 nicht ändert, was beispielsweise bei beengten Raumverhältnissen wichtig sein kann. Die Ventilspindel 14 konnte hier senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet we-rden, was durch eine besondere Geometrie ermöglicht wird. Diese besteht darin, dass das Ventilverschlussstück 11 in Schliessstellung asymmetrisch im Ventilsitz 12 sitzt. Dies bedeutet, dass das Ventilverschlussstück 11 sich dann nicht mit seiner Mittelachse koaxial zu der des Kegels des Ventilsitzes 12 befindet, sondern versetzt zu dieser nach oben hin. Geometrisch liegt hier demnach ein schiefer Kegelschnitt vor, bei dem das Ventilverschlussstück 11 die Schnittfläche und der Ventilsitz 12 den Kegel bilden. Entsprechend schliessen die Mittelachsen des Ventilverschlussstückes 11 und des Kegels des Ventilsitzes 12 in der Schliessstellung einen spitzen Winkel, hier von 150,ein. In Verbindung mit einem sehr stumpfen Ventilsitzwinkel von etwa 140 wird hierdurch erreicht, dass das Venti lverschlussstück 11 mit seinem oberen - in dieser Ansicht rechten - Teil auf einer breiten Fläche des Ventilsitzes 12 aufliegt. In diesem Bereicht besteht somit nicht mehr die Gefahr des Durchrutschens bei höheren Belastungen und damit der Funktionsunfähigkeit des Membranventils 1.

Claims: Membranventil Ansprüche: 1. Membranventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Strömungskanal mit einem schräg zur Strömungs richtung angeordneten Ventilsitz aufweist und bei dem zwischen Einspannflächen am Ventilgehäuse eine Membran mit einem durch eine Venti lspindel von dem Ventilsitz abhebbaren bzw. auf diesen absenkbaren Ventilverschluss eingespannt ist, dadurch gekenn zeichnet, dass an der druckabgewandten Seite der Membran (7) eine zumindest annähernd bis zur druck seitigen Einspannfläche reichende, die Membran (7) von der Einspannung in Richtung auf den Strömungs kanal (4) führende Stützfläche (13) vorgesehen ist. 2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Stützfläche (13) als über den gesamten Umfang der Membran (7) gehende Ringfläche ausgebil det ist. 3. Membranventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche von dem aussen seitigen Rand eines Ringsteges (13) gebildet ist. 4. Membranventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass der Ringsteg (13) an einem die druckabge wandte Einspannfläche tragenden Gehäuseteil (3) an geformt ist. 5. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) vom in Schliessstellung unteren Teil des Ventilverschluss stückes (11) in einem von der Druckseite aus gese hen konkaven Bogen nach aussen bis zur Innenwandung des Ventilgehäuses (2) geht, dort nach oben und dann wieder entgegengesetzt nach aussen zu den Einspann flächen umbiegt. 6. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, dass die Membran (7) vom in Schliessstellung oberen Teil des Ventilverschluss stückes (11) schräg nach oben in im wesentlichen gerader Richtung verläuft und dann nach aussen zu den Einspannflächen umbiegt. 7. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass die Ventilspindel (14) am membranseitigen Ende einen Ringkörper (18) zur Ab stützung zumindest eines Teils der Membran (7) in Offenstellung aufweist. 8. Membranventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Strömungskanal mit einem schräg zur Strömungsrich tung angeordneten Ventilsitz mit kegelförmiger Sitz fläche aufweist und bei dem zwischen Einspannflächen am Ventilgehäuse eine Membran mit einem in Schliess stellung auf dem Ventilsitz aufliegenden Ventil verschlussstück eingespannt ist, das zum Abheben bzw. zum Absenken von bzw. zum Ventilsitz mit einer Ven tilspindel gelenkig verbunden ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das Ventilverschlussstück (11) zum oberen Teil des Ventilsitzes (12) hin derart ver setzt geführt ist, dass in Schliessstellung die Mit telachse des Ventilverschlunstückes (11) und die des Ventilsitzes (12) einen Winkel einschliessen. 9. Membranventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich 0 net, dass der Winkel zumindest 5 beträgt, vorzugs 0 weise zwischen lo und 2o liegt. - 10. Membranventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kegelwinkel des Ventilsitzes grösser als 12o0 ist, vorzugsweise bei 140 Liegt. 11. Membranventil nach einem der Ansprüche 8 bis lo, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilspindel (14) senkrecht zum Strömungskanal (4) verläuft.

Inventors: FIETZ, MANFRED
Applicants: FIETZ, MANFRED
Application year: 1983
Main classification: F16K7
IPC codes: F16K7