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Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einer axial angetriebenen Ventilspindel.
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Ein solches Membranventil ist aus der
EP 0 897 076 A1 bekannt. Dieses Membranventil zeichnet sich dadurch aus, dass zum Austausch der Membran nicht der gesamte Antrieb zerlegt werden muss. Vielmehr muss zuerst das Gehäuseoberteil mit dem in ihm aufgenommenen Antrieb vom Gehäuseunterteil, das den Ventilsitz aufweist, entfernt werden. Die Membran ist an einen Membranhalter geschraubt oder über einen Bajonettverschluss an den Membranhalter angekoppelt. Der Membranhalter hat eine Einstecknut, über die der Membranhalter auf eine Ventilspindel aufsteckbar ist. Auf den Membranhalter wird ein Druckstück aufgeschoben, das den Membranhalter umgibt und das dazu dient, die Membran vollflächig an dem üblicherweise bogenförmig verlaufenden Ventilsitz anzudrücken. Hierzu hat das Druckstück an seiner membranseitigen Stirnwand eine konvexe, u.U. dem Ventilsitz entsprechende komplementäre Form. Nach dem Aufstecken des Membranhalters auf die Ventilspindel wird das Druckstück, welches aus Kunststoff ist, hochgeschoben, um den Membranhalter gegen radiales Verschieben an der Ventilspindel zu sichern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Membranventil so zu verbessern, dass dessen Montage und Demontage erleichtert wird. Zudem solle das Membranventil kostengünstiger herstellbar sein.
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Das erfindungsgemäße Membranventil ist mit einer axial angetriebenen Ventilspindel versehen, die über ein Druckstück mit einer Membran antriebsmäßig gekoppelt ist, wobei das Druckstück eine membranseitige Stirnwand mit einer konturierten, der Rückseite der Membran unmittelbar gegenüberliegenden Stirnseite besitzt und über eine Steckverbindung direkt mit der Ventilspindel koppelbar und entkoppelbar ist, wobei in die Membran ein Befestigungselement eingebettet ist, welches rückseitig von der Membran absteht und mit welchem die Membran am Druckstück zerstörungsfrei lösbar befestigbar ist.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist gemäß der Erfindung unmittelbar das Druckstück selbst auf die Ventilspindel steckbar. Somit kann die Membran von der Ventilspindel ohne Zerlegung des Antriebs gelöst werden. Jedoch ist beim Stand der Technik nach dem Abschrauben oder Entkoppeln des Membranhalters von dem Befestigungselement das aufgeschobene Druckstück herabgefallen, was gerade bei Überkopfmontage nachteilig ist. Bei der Erfindung hingegen bleibt das Druckstück an der Ventilspindel, so dass es nicht herabfallen kann.
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Das Druckstück kann radial in eine Nut in der Ventilspindel steckbar sein.
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Das Druckstück hat vorzugsweise einen über eine radiale Ausnehmung radial von außen zugänglichen Hohlraum, der auf der Seite der Membran durch die erste Stirnwand und auf der Seite der Ventilspindel durch eine zweite Stirnwand begrenzt ist. In diesen Hohlraum können dann sowohl die Ventilspindel als auch das Befestigungselement hineinragen und ihre jeweilige Stirnwand hintergreifen, um eine axiale Verriegelung zu erreichen.
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Die zweite Stirnwand sollte einen sich radial nach außen erstreckenden Einführschlitz haben, in den die Ventilspindel mit einer Nut radial einsteckbar ist.
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Das Druckstück sollte umfangsmäßig gegenüber dem Rest des Ventils ausgerichtet sein, um die Lage des Druckstücks relativ zum Ventilsitz sicherzustellen. Hierzu ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass am Druckstück im Bereich der membranseitigen Stirnwand radial abstehende Arme vorgesehen sind. Diese Arme sind insbesondere einstückiger Bestandteil des Druckstücks.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Arme in Axialrichtung der Ventilspindel gesehen im Wesentlichen 90° zur radialen Ausnehmung, sodass sie beim Wechseln der Membran nicht dem Bediener im Wege sind.
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Die membranseitige Stirnwand zum Durchtritt des Befestigungselements kann eine Öffnung haben, welche einen zentrischen Bereich und von dem zentrischen Bereich ausgehende, sich in diametral entgegengesetzte Richtungen erstreckende Schlitze hat. Der durch die Stirnwand hindurchragende Endabschnitt des Befestigungselements hintergreift mit einer Halterung die Stirnwand. Beim erfindungsgemäßen Membranventil kann aufgrund der spezifischen Form der Öffnung sowohl eine Schraubverbindung als auch eine Bajonettverbindung zur Ankoppelung des Druckstücks unmittelbar am Befestigungselement eingesetzt werden. Das bedeutet, das Druckstück ist universal einsetzbar, und es müssen keine verschiedenen Druckstücke oder verschiedenen Membranhalter wie im Stand der Technik verwendet werden.
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Die erste Stirnwand ragt im Bereich der radialen Ausnehmung weniger weit radial gegenüber dem zentrischen Bereich der Öffnung nach außen vor als im übrigen Bereich. Insbesondere ist die erste Stirnwand im Bereich der radialen Ausnehmung abgeflacht. Durch diese Geometrie ist es leichter möglich, entweder in den Hohlraum zu fassen, was den Wechsel der Membran erleichtert, oder es ist möglich, dass eine anschließend noch erläuterte Halterung teilweise aus dem Hohlraum heraussteht, um sie leichter fassen zu können und um die Demontage der Membran von der Ventilspindel zu erleichtern.
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An dem durch die membranseitige Stirnwand hindurchragenden Endabschnitt des Befestigungselements können seitlich abstehende Bajonettvorsprünge angebracht sein, die entweder einstückig angebracht sind oder durch ein oder mehrere separate Teile gebildet werden. Diese Bajonettvorsprünge bilden die Halterung, sodass das Befestigungselement mit dem Druckstück eine Bajonettbefestigung ausbildet. Dabei ist im Gegensatz zum Stand der Technik kein Membranhalter nötig. Das Befestigungselement koppelt vielmehr direkt an das Druckstück an.
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Eine sehr einfache Variante, diese Bajonettbefestigung auszuführen, besteht darin, dass die Bajonettvorsprünge durch einen Stift erzeugt werden. Dieser Stift ragt durch den Endabschnitt des Befestigungselements hindurch und steht mit seinen Enden gegenüber diesem Endabschnitt radial vor.
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Eine zweite Möglichkeit der Befestigung der Membran am Druckstück besteht darin, dass der Endabschnitt des Befestigungselements ein Außengewinde aufweist, das in ein im Druckstück untergebrachtes, vom Druckstück zerstörungsfrei lösbares Halterungsteil eingeschraubt ist.
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Dieses Halterungsteil kann beispielsweise ein Basisteil, insbesondere aus Kunststoff, und eine im Basisteil aufgenommene Mutter, z. B. aus Metall, aufweisen. In diese Mutter wird dann das Befestigungselement eingeschraubt. Ein solches Halterungsteil aus verschiedenen Werkstoffen ist sehr günstig herstellbar und zudem relativ leicht, was das schnelle Schalten des Ventils erleichtert, indem die träge Masse reduziert wird.
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Dieses Halterungsteil kann über die zuvor schon angesprochene radiale Ausnehmung in den zuvor bereits angesprochenen radial von außen zugänglichen Hohlraum eingesetzt und darin drehfest mit dem Druckstück gekoppelt werden. Das bedeutet, das Druckstück kann relativ zur Membran verdreht werden, und bei dieser Drehung nimmt das Druckstück das Halterungsteil mit.
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Das Halterungsteil ist insbesondere plattenförmig ausgeführt, mit zwei entgegengesetzten flachen Seitenwänden, die für die Drehmitnahme verantwortlich sind.
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Zur Montage und vor allem zur Demontage ist es vorteilhaft, wenn das Halterungsteil radial gegenüber der membranseitigen Stirnwand nach außen vorsteht, insbesondere im Bereich des zuvor erwähnten Bereichs, der radial weniger weit herausragt. An diesem überstehenden Abschnitt kann dann das Halterungsteil gegriffen und nach außen gezogen werden.
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Für diese Demontage des Halterungsteils hat sich eine Demontageausnehmung im Halterungsteil im Bereich eines radialen Außenrandes der membranseitigen Stirnwand als vorteilhaft herausgestellt. Dann kann beispielsweise ein Schraubendreher oder ein anderes Werkzeug in diese Demontageausnehmung eingeschoben werden und am radialen Außenrand angedrückt werden, sodass eine Hebelwirkung erzielt wird.
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Bei der Demontage und auch bei der Montage ist es wichtig, dass diese auch über Kopf erfolgen kann, denn Membranventile werden oft an sehr unzugänglichen Stellen eingebaut, bei denen keine Sicht möglich ist. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn seitlich vom Halterungsteil zumindest ein elastischer Haltefinger, vorzugsweise mehrere elastische Haltefinger abstehen. Ein solcher Haltefinger dient dazu, dass das Druckstück und das Halterungsteil verliersicher miteinander zu einer vormontierbaren Einheit gekoppelt sind. Das bedeutet, wenn das Druckstück von der Membran gelöst wird, kann das Halterungsteil nicht „wegfliegen“ oder sich an einer anderen Stelle im Hohlraum im Druckstück positionieren oder verhaken.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine perspektivische Teilschnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Membranventils,
- - 2 eine perspektivische Ansicht des bei 1 dargestellten Druckstücks samt Membran vor deren Montage,
- - 3 Druckstück und Membran gemäß 2 in montiertem Zustand,
- - 4 eine Längsschnittansicht durch das fluiddurchströmte Gehäuse samt Membran und Druckstück gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Membranventils,
- - 5 eine perspektivische Ansicht der Bauteile nach 4,
- - 6 ein beim Membranventil nach 4 eingesetztes Halterungsteil in Perspektivansicht,
- - 7 das beim Membranventil nach 4 vorgesehene Druckstück samt Halterungsteil und Membran bei der Montage,
- - 8 die in 7 gezeigten Bauteile in montiertem Zustand,
- - 9 eine Schnittansicht durch die montierten Bauteile nach 8, und
- - 10 eine Unteransicht des beim erfindungsgemäßen Membranventil nach den Ausführungsformen verwendeten Druckstücks.
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In 1 ist ein Membranventil dargestellt, das hydraulisch, pneumatisch oder auch elektrisch angetrieben werden kann. Das Membranventil umfasst eine Membran 10 mit einem elastischen, kreisförmigen mittleren Teil sowie mit Klemmflanschen 12, mit der die Membran 10 geklemmt wird. Die Membran 10 wird bei Defekt der Membran 10 ausgewechselt. Auf dem Flanschteil 12 wird im Betrieb ein Antrieb 14 befestigt. Der Antrieb 14 kann ein hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Antrieb sein, wie zuvor bereits erwähnt. Der Antrieb 14 ist ferner eine vormontierte, in sich geschlossene Einheit.
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Eine axial durch den Antrieb 14 bewegliche Ventilspindel 16 wird auf- und abwärts bewegt, um die Membran 10 anzuheben oder zu senken und damit gegen einen Ventilsitz 18 (siehe 4) zu pressen, der in einem sogenannten Fluidgehäuse 20 ausgebildet ist. Damit kann der Strömungsquerschnitt durch eine entsprechende Leitung 22 mehr oder weniger geöffnet werden.
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Die Ventilspindel 16 ist über ein Druckstück 24 zerstörungsfrei und vorzugsweise auch werkzeugfrei von der Membran 10 koppelbar und abkoppelbar. Dieses Koppeln und Abkoppeln erfolgt ohne Zerlegen des Antriebs 14. Zur Demontage muss nur der Antrieb 14 vom Fluidgehäuse 20 gelöst werden, das einen entsprechenden Flansch 26 (siehe 5) aufweist, über den der Antrieb 14 und damit auch die Membran 10 am Flansch 26 geklemmt werden. Nach Abnehmen des Antriebs 14 von dem Flansch 26 kann dann, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, die Membran 10 ausgetauscht werden.
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Die Membran 10 hat ein in sie, insbesondere beim Pressen/Gießen oder Spritzen der Membran 10, eingebettetes Befestigungselement 28 (siehe 2), welches rückseitig von der Membran 10 absteht. Das Befestigungselement 28 ist vorzugsweise stiftförmig ausgeführt. Mit einem gewissen Abstand von der Membran 10, hier von einem rückseitig von der Membran vorstehenden Sockel 30, stehen vom Befestigungselement 28 seitlich Enden eines das Befestigungselement 28 durchdringenden Stifts 32 vor. Diese Enden bilden eine Halterung für das Druckstück 24. Die Enden können auch einstückig an dem Befestigungselement 28 angeformte Fortsätze sein.
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Derjenige Abschnitt des Befestigungselements 28, der rückseitig gegenüber der Membran 10 und hier auch dem Sockel 30 vorsteht, wird Endabschnitt des Befestigungselements 28 genannt. Dieser Endabschnitt ist zusammen mit dem Stift 32 als Teil eines Bajonettverschlusses ausgeführt. Über diesen Bajonettverschluss wird das Befestigungselement 28 und damit die Membran 10 unmittelbar am Druckstück 24 arretiert. Dies ist in den 2 und 3 zu sehen.
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Das Druckstück 24 hat im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt und einen Hohlraum 36, welcher durch eine radiale Ausnehmung 38 von radial seitlich zugänglich ist. Nur auf einer Seite des Hohlraums 36 ist diese Ausnehmung vorgesehen. Ansonsten wird der Hohlraum 36 von einer Umfangswand 40 sowie von einer ersten, membranseitigen Stirnwand 42 sowie einer gegenüberliegenden zweiten Stirnwand 44 axial begrenzt. Die erste Stirnwand 42 liegt der Membran 10 gegenüber, und die zweite Stirnwand 44 ist zur Befestigung an der Ventilspindel 16 dieser zugeordnet.
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Zur Befestigung an der Ventilspindel 16 hat die zweite Stirnwand 44 einen radialen Einführschlitz 46, der sich bis zum Rand der zweiten Stirnwand 44 erstreckt, sodass sie von radial außen zugänglich ist.
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Die Ventilspindel 16 hat eine in 1 dargestellte, der axialen Dicke der zweiten Stirnwand 44 entsprechend breite Nut 50 sowie im Bereich der Nut 50 einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen der Breite des Einführschlitzes 46 entspricht. Somit kann das Druckstück 24 von radial außen auf das membranseitige Ende der Ventilspindel 16 aufgeschoben werden. Über diese Koppelung kann die nachfolgend erläuterte Einheit aus Membran 10 und Druckstück 24 einfach von der Ventilspindel 16 entkoppelt und wieder auf sie heraufgeschoben werden.
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Der zuvor bereits erwähnte Bajonettverschluss zwischen Membran 10 und Druckstück 24 wird dadurch erreicht, dass das Druckstück 24 in der ersten Stirnwand 42 eine zentrale Öffnung 52 besitzt, durch die das Befestigungselement 28 samt Halterung in Form des Stiftes 32 in einer bestimmten Drehstellung einführbar ist (siehe axialer Pfeil in 2).
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Die Öffnung 52 in der ersten Stirnwand 42 ist in 10 dargestellt. Die Öffnung 52 umfasst einen mittigen, zentrischen Bereich 54 und vom zentrischen Bereich 54 diametral nach außen laufende Schlitze 56, die das Durchführen der Stiftenden erlauben.
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Zur Arretierung der Membran 10 am Druckstück 24 wird nach dem Durchstecken des Endabschnitts des Befestigungselements 28 eine Relativdrehung zwischen Druckstück 24 und Membran 10 durchgeführt, vorzugsweise um 90°. Damit ist eine Verriegelung in axialer Richtung erreicht.
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Zu erwähnen ist auch, dass die Stirnwand 42 auf der der Membran 10 zugewandten Stirnseite 58 (siehe beispielsweise 9) konvex ausgeführt ist, um beim Andrücken der Membran 10 an den Ventilsitz 18 durch eine komplementäre Form der Stirnseite 58 ein spaltfreies Schließen zu ermöglichen.
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Der montierte Zustand ist dann in 3 zu sehen.
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Vorzugsweise ist das Druckstück 24 auch axial durch den Bajonettverschluss gegen den Sockel 30 vorgespannt.
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Für die umfangsmäßige Ausrichtung des Druckstücks 24 zum Ventil, hier insbesondere zum Ventilsitz 18 sind am Druckstück 24 im Bereich der ersten Stirnwand 42 (membranseitige Stirnwand) radial abstehende Arme 62, die diametral entgegengesetzt weisen, angeformt. Diese Arme 62 können von der ersten Stirnwand 42 aus auch schräg von der Membran 10 zu ihrem freien Ende zunehmend entfernt sein und in axiale Endabschnitte übergehen, wie die 2 und 3 zeigen. In axialer Richtung (axiale Richtung ist die Achsrichtung der Ventilspindel 16) gesehen erstrecken sich die Arme 62 im Wesentlichen 90° zur umfangsmäßigen Mitte der Ausnehmung 38.
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Bei der Ausführungsform nach den 4 bis 9 ist keine Bajonettverbindung zwischen Druckstück 24 und Befestigungselement 28 vorgesehen. Vielmehr hat das Befestigungselement 28 an seinem Endabschnitt ein Außengewinde (siehe 4). Der Endabschnitt ragt durch den zentrischen Bereich 54 der Öffnung 52 hindurch und hat einen Durchmesser, der größer als die Breite der Schlitze 56 ist, sodass der Endabschnitt nicht in die Schlitze 56 hineinbewegt werden kann.
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Der Endabschnitt ragt dann in den Hohlraum 36 hinein und ist darin durch eine Halterung in Form eines sogenannten Halterungsteils 70 gesichert. Dieses Halterungsteil 70 umfasst ein Basisteil 72, beispielsweise aus Kunststoff, sowie eine in eine entsprechende Ausnehmung eingesetzte oder sogar verliersicher z. B. durch Einpressen eingesetzte Mutter 74 (siehe 6 und 9).
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Somit wird das Außengewinde in die Mutter 74 eingeschraubt, wie 9 zeigt. Damit klemmt das Halterungsteil 70 das Druckstück 24 gegen die Membran 10, genauer gesagt gegen den Sockel 30. Das Druckstück 24 hat auf seiner Stirnseite 58 eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sockels 30 in der Stirnwand 58, wie 9 zeigt.
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Das Basisteil 72 ist plattenförmig ausgeführt, mit zwei entgegengesetzten Flachseiten 76 (siehe 6). Die Umfangswand 40 hat auf der Innenseite, die den Hohlraum 36 begrenzt, entsprechende Flachseiten 78 (siehe 1), mit denen die Flachseiten 76 in Anlage kommen können, sodass das Basisteil 72 beim Einschieben in den Hohlraum 36 drehfest mit dem Druckstück 24 gekoppelt ist.
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An den Flachseiten 76 stehen vom Halterungsteil 72 einstückig angeformte, elastische Haltefinger 80 seitlich vor, die gegen die Innenseite der Umfangswand 40 drücken, damit Druckstück 24 und Halterungsteil 70 eine vormontierte Einheit bilden, bei der das Halterungsteil 70 verliersicher am Druckstück 24 angebracht ist.
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Zur Montage wird auf 7 Bezug genommen. Zuerst wird das Halteteil 70 in den Hohlraum 36 des Druckstücks 24 eingeschoben, wobei es auf der Oberseite der Stirnwand 42 anliegt. In der montierten Stellung fluchtet die Mutter 74 mit dem zentrischen Bereich 54 der Öffnung 52.
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Zu betonen ist dabei, dass das Druckstück 24 für die beiden unterschiedlichen Befestigungsarten, nämlich Bajonettverschluss und Schraubverschluss, identisch bleibt.
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Anschließend werden Membran 10 und Druckstück 24 zueinander verdreht (siehe Pfeil in 7) und die Membran 10 am Druckstück 24 gesichert (siehe 8). Im montierten Zustand stehen dann die Arme 62 seitlich ausgerichtet in Umfangsrichtung ab.
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Zur Demontage des Halterungsteils 70 vom Druckstück 24 sind einige Besonderheiten vorgesehen, die nachfolgend erläutert werden. So steht das Halterungsteil 70, wie in 9 zu sehen ist, seitlich gegenüber der Stirnwand 42 in diesem Bereich über. Dieser Bereich ist auch der Bereich der radialen Ausnehmung 38. In 10 ist dabei gut zu erkennen, dass die Stirnwand 42 im Bereich der radialen Ausnehmung 38 weniger weit radial gegenüber dem zentrischen Bereich 54 vorsteht als im übrigen Bereich. Hier kann auch eine Abflachung 90 vorgesehen sein.
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Die Stirnwand 42 hat im Bereich der Abflachung 90 im Querschnitt gesehen einen wulstartigen Außenrand 92, der für das Ansetzen eines Hebels mittels eines Demontagewerkzeugs ausgebildet ist. In 9 ist nämlich zu sehen, dass das Halterungsteil 70 auf seiner Unterseite eine Demontageausnehmung 94 hat, die im Bereich des radialen Außenrandes 92 vorgesehen ist und radial weiter nach außen ragt als die entsprechende Kontaktfläche des Halterungsteils 70 auf der Oberseite der Stirnwand 42. Damit kann von unten ein Werkzeug in die Montageausnehmung 94 eindringen und über den Hebel am Außenrand 92 das Halterungsteil 70 radial aus dem Hohlraum 36 schieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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