FLUID-ACTUATED DIAPHRAGM VALVE

Abstract: 1. Pressure-medium-actuated diaphragm valve, the diaphragm (1) of which is clamped in a housing (9, 10, 12) and rests on a support body (2), which is placed on the end of the entry channel (13), displays openings (3) concentric with the entry channel (13) and which displays a sealing edge (4), which is concentric with the entry channel (13), but arranged in flow direction in front of the openings (3), characterised thereby, that the spacing "a" between the sealing edge (4) and the inner edges (8) of the openings (3) at the exit side (14) is at least three times as great as the height "b" of the sealing edge (4) with reference to the diaphragm support surface (2a) of the support body (2), but not smaller than the diaphragm stroke "c", which is defined as the spacing from the tip of the sealing edge (4) to the inward side of the diaphragm (1) when lying fully against the inward housing wall.

Description: DruckmittelbetStigtes rembrsnventil Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtee Membranventil, dessen in eine Gehäuse eingespannte Membran auf einem Stützkörper aufliegt, welcher eine konzentrische Dichtkante aufweist. Die Membran eines SeSbranventils dient bekanntlich als elastische Trennstelle zwischen dem Eingangsraum und dem Ausgangsraum des Membrenventils. Die Druckdifferenz zwischen diesen beiden RBUSen -6 voll von der Membran aufgenommen werden. Damit eine Oberlastung der Membran bei Druckbeanspruchung vermieden wird, liegt die Membran auf einem Stützkörper auf, der zur Ausgangsseite iit entsprechenden Öffnungen versehen ist, uber die das Durchströmmedium abfliessen kann. Je nach der Betriebssituation werden mehr oder weniger grosse Querschnitte der Oeffnungen an der Ausgangaseite freigegeben. Im geschlossenen Zustand des Membranventils sind die ffnungen an der Ausgangsseite völlig abgedeckt. Damit nun in diesem Zustand eine absolut gasdichte Trennung vorhanden ist, besitzt der Stützkörper eine Dichtkante mit einer gewissen Hohe. Damit eine gute Dichtwirkung erzielt wird, muss eine ausreichende Höhe der Dichtkante vorhanden sein. Das hat aber den Nachteil, dass die Membran unter Umständen nicht schwingungsfrei arbeitet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein druck mittelbetätigtes Membranventil zu schaffen, bei dem die Dichtkante so ausgebildet ist, dass eine absolute Dichtheit erreicht wird, gleichzeitig aber ein schwingungsfreies Arbeiten gewährleistet ist. Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, dass der Abstand "a" zwischen der Dichtkante und der inneren Kante der Öffnungen an der Austrittsseite mindestens dreimal so gross ist wie die Höhe bZ der Dichtkante, aber nicht kleiner ist als der Membranhub zcw der Membran. Die Überhöhung der Dichtkante bewirkt, dass die Membran unmittelbar hinter der Dichtkante Zfrei liegt", sich also zwischen Membran und Stützkörper ein Freiraum bildet. Durch die vorgenannten Massnahmen wird erreicht, dass die innere Kante der Öffnungen erst hinter dem Freiraum beginnt, der sich hinter der Dichtkante bildet. Wie die Fig. 2 zeigt, bewirkt der richtige Abstand "a" also, dass die Öffnungen an der Austrittsseite beim Abheben der Membran von der Dichtkante noch abgedeckt bleiben, so dass beim Arbeitsbeginn nicht sofort alle Öffnungen auf einmal freigegeben werden und dadurch der gewünschte Stabilisierungseffekt erreicht ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die im Gehäuseteil befindliche äussere Einspannfläche für die Membran gegen über der inneren Kante der Öffnungen an der Austrittsseite abgesenkt. Dabei ist die Ausbildung so getroffen, dass die Uber den Off- nungen an der Austrittaseite befindliche Fläche der Membran unter einem Winkel von mindestens 2 in bezug auf die Ebene der Einspanntläche verl uft. Diese Lage der EinspannflSche fflr die Membran unterstützt die eingangs geschilderte Wirkung der Membran, nämlich dass die Öffnungen an der Austrittsseite beim Abheben der Membran von der Dichtkante noch abgedeckt bleiben, so dass die Schwingungsneigung während des Arbeitsvorganges weitgehend herabgesetzt ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Oeffnungen an der Austrittsseite in mehrere Gruppen, mindestens in drei Gruppen zusammengefasst, wobei deren innere Kanten versetzt zueinander liegen. Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Mass der Versetzung mindestens einem Viertel der Dicke der Membran entspricht. Durch diese Ausbildung der Offnungen an der Austrittsseite wird erreicht, dass die insbesondere bei den bekannten Membranventilen im Kleinlastbereich bestehende Neigung zu Eigenschwingungen weitgehend herabgesetzt wird, weil dadurch auch erreicht ist, dass die Öffnungen nicht alle zugleich freigegeben werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Stelldruckraum zwischen der Membran und der Gehäuseinnenwand ein zusammendrückbarer dauerelastischer Füllkörper vorgesehen. Dadurch wird neben einem gewissen Dämpfungseffekt auch ein günstiges Arbeitsverhalten des Membranventils bei sehr geringen Druckdifferenzen erreicht; denn bei sehr geringen Druckdifferenzen besteht die Gefahr, dass die Membran nicht mehr an der Gehäusewand anliegt, sondern auf dem Gasstrahl schwimmt. Ein solches Verhalten kann zu extremen Instabilitäten, also zu erheblichen Schwingungen führen. Die Anordnung des zusammendrUckbaren dauerelastischen F0llkdrpers in diesem Raum ergibt eine zusätzliche Kraft auf die Membran zum Zwecke der Anpressung der Membran auf die Öffnungen an der Austrittsseite. In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt. Fig. 1 zeigt das Membranventil im Schnitt; Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen Ausschnitt des linken Teils der Membran mit dem Stützkorper; r Fig. 3 zeigt die Öffnungsstellung der Membran; Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf den StEtzkdrper. Das Membranventilgehäuse besteht aus dem Grundgehäuse 12 mit dem Eingangskanal IS und dem Ausgangskanal 14. Auf diesem Grundgehäuse ist das eigentliche Gehäuse 10, auf dem der Deckelteil 9 befestigt ist. Zwischen dem Deckelteil 9 und dem eigentlichen Gehäuse 10 ist die Membran 1 eingespannt. Die Abstützung der Membran erfolgt mit Hilfe eines Stützkörpers 2, welcher am Ende des Eingangskanals 13 aufgesetzt ist. Der Deckelteil 9 besitzt den Zugangskanal 15, der bis zu dem Stellraum 16 reicht, der sich hinter der Membran 1 befindet. Der Stützkörper 2 besitzt Öffnungen 3, die, wie die Fig. 4 zeigt, in Form von Schlitzen 17 ausgebildet sind. Wie sich insbesondere aus der Fig. 2 ergibt, besitzt der Stützkörper eine Dichtkante 4. Un ein schwingungafreies Arbeiten der Membran zu gewUhrleisten, ist die Dichtkante 4 in einem bestimmten Mindestabstand ZBW von der inneren Kante 8 der Oeffnung 3 angebracht. Die Dichtkante 4 besitzt eine gewisse Höhe wb". Das bedingt, dass sich hinter der Dichtkante 4 zwangsläufig ein Freiraum 5 ausbildet. Wird der Abstand "a" richtig gewählt, ist gewährleistet, dass die innere Kante 8 der Öffnungen 3 an der Austrittseite erst hinter dem Freiraum 5 beginnt. Wie Experimente ergeben haben, muss der Abstand *a* mindestens das Dreifache der Höhe Zbt der Dichtkante 4 betragen. Darüberhinaus besteht eine bestimmte Relation zwischen dem Abstand a und dem maximalen Membranhub. Ist nämlich der Abstand "a" der Dichtkante von der inneren Ksnte-8.der tff- nungen an der Austrittseite nicht gross genug, dann besteht die Gefahr, dass das sn der Entspannungsstelle meist mit Schallgeschwindigkeit fliessende Durchflussmedium und evtl. mitgeführte Schmutzteilchen die Dichtkante 4 beschädigen bzw. sozusagen abschleifen. Ist der Abstand Waw von der inneren Kante 8 richtig gewählt, dann ist die Geschwindigkeit infolge des entstehenden erweiterten Kanals soweit herabgesetzt, dass keine Beschädigungen mehr zu befürchten sind. Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, stellt der richtig gewählte Abstand wa" sicher, dass die Membran 4 gegenüber der Dichtkante bereits an der Gehäuseinnenwand anliegt, so dass der maximale Strömungsquerschnitt im Bereich der Dichtkante bereits erreicht ist. Wie Experimente ergeben haben, darf der Abstand "aw nicht kleiner sein als der maximale Membranhub Zc". Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die äuBere Einspannfläche 11 für die Membran gegenüber der inneren Kante 8 der Öffnung 3 abgesenkt. Im einzelnen ist die Ausbildung dabei so getroffen, dass die über der Öffnung 3 an der Austrittsseite befindliche Fläche der Membran 1 unter einem Sinkelzvon mindestens 20 in bezug suf die Ebene der Einspannfläche 11 verläuft. Auch diese Ausbildung unterstützt die erstrebte Wirkung, die durch das Verhältnis des Abstandes a" zur Höhe der Dichtkante erstrebt wird, nämlich dass die Öffnungen an der Austrittsseite beim Abheben der Membran 1 von der Dichtkante 4 noch abgedeckt bleiben. Wie die Fig.4 zeigt, sind die Öffnungen an der Austrittsseite in Form von Schlitzen 17 ausgebildet. Dabei sind mehrere Gruppen von Schlitzen, mindestens drei Gruppen, vorgesehen, die sich dadurch unterscheiden, dass die Schlitzlänge unterschiedlich ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass dann die Neigung zu Eigenschwingungen weitgehend herabgesetzt wird, wenn die inneren Kanten 8 der einzelnen Öffnungsgruppen versetzt zueinander liegen. So liegt die Öffnungsgruppe 3 in bezug auf die Öffnungsgruppe 3a um das Mass "d" versetzt zueinander, was die innere Kante 8 der Öffnungen anbelangt. Ebenso liegt die Öff- nungsgruppe 3b versetzt zu der ssffnungsgruppe 3d, ebenfalls um das Mass "d". Das gleiche gilt für die Öffnungsgruppe 3a in bezug auf die Öffnungsgruppe 3d. Am dargestellten Ausführungsbeispiel liegen vier Öffnungagruppen versetzt zueinander. Wie Versuche gezeigt haben, ist ein günstiges Mass "d" dann erreicht, wenn es mindestens einem Viertel der Dicke der Membran entspricht (d = 1/4 e). Wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, ist im Stellraum hinter der Membran, und zwar zwischen der Gehäuse innenwand 6 und der Membran 1, ein dauerelastischer Füllkörper 7 eingeführt, der eine gewisse Kraft auf die Membran ausübt. Dadurch wird erreicht, dass bei sehr geringen Druckdifferenzen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite die Neigung der Membran zu Eigenschwinungen - weil nämlich dann die Membran sozusagen auf dem Gasstrahl Wschwimmtw - weitgehend herabgesetzt ist, weil dieses dauerelastische Füllmaterial eine zusätzliche Kraft auf die Membran zum Zwecke der Anpressung der Membran auf die Öffnungen ausübt.

Claims: Ansprüche 1. Druckmittelbetätigtes Membranventil, dessen in einem Gehäuse eingespannte Membran auf einem Stützkörper aufliegt, der eine konzentrisch angeordnete Dichtkante besitzt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abstand "aN zwischen der Dichtkante (4) und der inneren Kante (8) der Öffnung an der Austrittsseite (3) mindestens dreimal so gross ist wie die Höhe "b" der Dichtkante (4), aber nicht kleiner als der Membranhub "c". 2. Druckmittelbetätigtes Membranventil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die äussere Einspannfläche (11) für die Membran (1) gegen über der inneren Kante (8) der Öffnungen (3) an der Aus trittseite abgesenkt ist. 3. Druckmittelbetätigtes Membranventil nach Anspruch 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die über der Öffnung (3) an der Austrittsseite befindliche Fläche der Membran (1) unter einem Winkel (Z) von mindestens 2 in bezug auf die Ebene der Einspannfläche (11) verlauft, 4. DruckmittelbetStigtes Membranventil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Offnungen (3) an der Austrittsseite in mehrere Gruppen, mindestens drei Gruppen, zusammengefasst sind, deren innere Kanten (8) versetzt zueinander liegen. 5. Druckmittelbetätigtes Membranventil nach Anspruch 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Mass der Versetzung der zu Gruppen zusammengefassten Offnungen (3) mindestens einem Viertel der Dicke "e" der Membran (1) entspricht. 6. Druckmittelbetätigtes Membranventil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Stelldruckraum zwischen der Membran (1) und der Gehäuseinnenwand (6) ein zusammendrückbarer dauer elastischer Füllkörper (7) eingebracht ist

Inventors: FISCHER, RUDOLF, DIPL.-ING., GARTNER, JOSEF, DIPL.-ING., Gärtner, Josef, Dipl.-Ing.
Applicants: REGEL + MESSTECHNIK GMBH REGLER- UND ANLAGENBAU FUR GAS-DRUCKREGLUNG
Application year: 1985
Main classification: F16K7
IPC codes: F16K7