AT511253A2

AT511253A2 - Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung

Info

Publication number: AT511253A2
Application number: AT500672012A
Authority: AT
Inventors: Karl Neubauer
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2012-10-15
Also published as: AT511253A3

Abstract

Eine Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung, insbesondere ein Ventil oder eine Pumpe, weist ein Steuerelement (1) zur zumindest mittelbaren Einwirkung auf die Fluidströmung auf, dessen Ende als Kolben (7) ausgebildet ist. Weiters ist eine an ihrem Umfang eingespannte, elastische Membran (9) vorgesehen, die den Bereich mit dem Steuerelement (1) und der zu beeinflussenden Fluidströmung fluiddicht gegenüber einemSteuerbereich abgrenzt, in welchem ein die Membran (9) und damit mittelbar auch das Steuerelement (1) beaufschlagendes Steuerfluid vorgesehen ist. Die von der Membran (9) kontaktierte und durch das Steuerfluid beaufschlagte Stirnfläche (7a) des Steuerelementes (1) ist bereits in seiner Ausgangsstellung ohne Beaufschlagung durch das Steuerfluid in Richtung der beaufschlagenden Kraft nach hinten versetzt.

Description

Printed: 12-03-2012 E014.1

10 2012/50067 AV-3468 AT

Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung, insbesondere Ventil oder Pumpe, mit einem Steuerelement zur zumindest mittelbaren Einwirkung auf die Fluidströmung, dessen Ende als Kolben ausgebildet ist, mit einer an ihrem Umfang eingespannten, elastischen Membran, die den Bereich mit dem Steuerelement und der zu beeinflussenden Fluidströmung fluiddicht gegenüber einem Steuerbereich abgrenzt, in welchem ein die Membran und damit mittelbar auch das Steuerelement beaufschlagendes Steuerfluid vorgesehen ist. Für beispielsweise die Steuerung von Gasströmungen in Abgasanalyseanlagen für Verbrennungskraftmaschinen sind Ventile bekannt, die auf ca. 190°C beheizt und pneumatisch gesteuert sind. Meist kommen dafür Ventile zum Einsatz, bei welchen das Messgas und die Steuerluft durch eine Membran aus Kunststoffimaterial getrennt sind, haben den Nachteil geringerer Standzeit. Aufgrund der Quetschung des Membranmaterials in der Einspannung und der hohen Betriebstemperaturen kommt es zum Fließen des Membranmaterials in den Bereich unmittelbar benachbart der Einspannung, wo sich ein Wulst bzw. eine Falte bildet. Bei jedem Schaltvorgang wird dieser Wulst oder wird die Falte abgerollt und führt schließlich nach einiger Zeit zu Materialbruch. Die gleichen Fakten gelten prinzipiell auch für Membranpumpen oder andere Kolbenwerke mit Trennung von gesteuertem und steuerndem Gas.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher eine Konstruktion mit einfachem Aufbau und möglichst langer Standzeit selbst bei hoher Temperatur.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Anordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die von der Membran kontaktierte und durch das Steuerfluid beaufschlagte Stirnfläche des Steuerelementes bereits in seiner Ausgangsstellung ohne Beaufschlagung durch das Steuerfluid in Richtung der beaufschlagenden Kraft nach hinten versetzt ist. Damit wird dem durch die Quetschung im Klemmbereich zusammen mit der Temperatur fließenden Material der Membran Platz zum Ausweichen in Richtung des tieferliegenden Kolbens gegeben. Die Membran verformt sich teller- bzw. topfförmig, jedoch ohne Faltenbildung, die zur vorzeitigen Materialermüdung führen kann.

Vorteilhafterweise ist zur sicheren gasdichten Trennung bei gutem elastischem Verhalten vorgesehen, dass die Membran aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, vorzugsweise aus Teflon. l 09-03-2012

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Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Membran an ihrem Umfang zwischen zwei Klemmflächen eingespannt ist, wobei ein Teil des Membranmaterials in den an die Klemmflächen in Richtung zur Membranmitte anschließenden Bereich geflossen ist, sind ein guter Halt der Membran und eine gute Abdichtung sichergestellt.

Vorzugsweise ist ein Anordnung vorgesehen, bei welcher der zentrale Bereich der Membran durch Wärme- und Druckbeaufschlagung gegenüber dem zwischen den Klemmflächen eingespannten Rand in Richtung der Stirnfläche des Steuerelementes abgesenkt ist.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Dabei zeigt die Zeichnungsfigur einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß gestaltetes Wegeventil.

Beim in Fig. 1 dargestellten Wegeventil als Beispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung ist ein Steuerelement 1 vorgesehen, das je nach seiner Stellung in der Bohrung 2 des Basiselementes 3 einen der beiden Ventilsitze 4 verschließt und den anderen Ventilsitz 5 freigibt. Geschaltet wird das Ventil über ein Steuerfluid, das über einen Anschluss 6 zugeführt wird und auf einen Kolben 7 einwirkt, der mit dem Steuerelement 1 verbunden und zusätzlich durch eine Druckfeder 8 derart beaufschlagt ist, dass der Kolben 7 ohne Anliegen des Steuerfluids in eine definierte Endstellung gelangt. Es kann auch eine kolbenförmige Ausformung an einem Ende des Steuerelementes 1 vorgesehen sein.

Zur gasdichten Abtrennung des Steuerfluids vom Bereich des Arbeitsfluids, in welchem sich Steuerelement 1, die Ventilsitze 4, 5, der Kolben 7 und die Druckfeder 8 befinden, ist eine elastische Membran 9 vorgesehen. Diese Membran 9, vorteilhafterweise aus einem Kunststoffmaterial, vorzugsweise aus Teflon, hergestellt, ist an ihrem Umfang zwischen zwei Gehäuseteilen 10,11 eingespannt, die damit eine Klemmfläche 12 für die Membran 9 definieren.

Bereits in der definierten Endstellung, in welche der Kolben 7 durch die Druckfeder gebracht wird, wenn kein Steuerfluid über den Anschluss 6 anliegt, ist die bei Beaufschlagung von der Membran 9 kontaktierte und dadurch mittelbar über das Steuerfluid beaufschlagte Stirnfläche 7a des mit dem Steuerelement 1 verbundenen Kolbens 7 in Richtung der beaufschlagenden Kraft gegenüber der Klemmfläche 12 nach hinten versetzt, um dem aufgrund die Quetschung im Klemmbereich und auch aufgrund der hohen Arbeitstemperatur fließenden Material der Membran 9 Platz zum Ausweichen in Richtung des 2

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AV-3468 AT tieferliegenden Kolbens 7 zu geben. In der Version der Zeichnung ist dies durch die Absenkung der Stirnfläche 7a gegenüber der durch die Gehäuseteile 10,11 definierten Klemmfläche 12 realisiert. Die Membran 9 ist von Beginn an oder bei ursprünglich ebener Membran 9 doch zumindest nach kurzer Zeit der Einwirkung des Drucks des Steuerfluids und/oder der Temperatur des Arbeitsfluids teiler- bzw. topfförmig verformt. Diese Verformung erfolgt jedoch ohne Faltenbildung, die zur vorzeitigen Materialermüdung führen kann. Dabei ist vorzugsweise ein Teil des Membranmaterials in den an Klemmfläche 12 in Richtung zur Membranmitte anschließenden Bereich geflossen.

Wenngleich die Erfindung an einem Wegeventil beispielhaft erläutert worden ist, kann die beschriebene Absenkung in Richtung des Steuerelementes 1 des zentralen Bereiches der Membran 9 durch Wärme- und Druckbeaufschlagung gegenüber ihrem an der Klemmfläche 12 eingespannten Rand für alle möglichen Anordnungen zur Beeinflussung einer Fluidströmung, Dies kann auch beispielsweise eine Pumpe sein, die ein Steuerelement zur zumindest mittelbaren Einwirkung auf die Fluidströmung aufweist, dessen Ende als Kolben ausgebildet ist, und die eine elastischen Membran zur Abgrenzung des Bereiches mit dem Steuerelement und der zu beeinflussenden Fluidströmung aufweist. Allgemein sind somit alle Kolbenwerke mit Trennung von gesteuertem und steuerndem Gas umfasst. 3

Claims

Printed: 12-03-2012 E014.1 10 2012/50067 AV-3468 AT Patentansprüche: 1. Anordnung zur Beeinflussung einer Fluidströmung, insbesondere Ventil oder Pumpe, mit einem Steuerelement (1) zur zumindest mittelbaren Einwirkung auf die Fluidströmung, dessen Ende als Kolben (7) ausgebildet ist, mit einer an ihrem Umfang eingespannten, elastischen Membran (9), die den Bereich mit dem Steuerelement (1) und der zu beeinflussenden Fluidströmung fluiddicht gegenüber einem Steuerbereich abgrenzt, in welchem ein die Membran (9) und damit mittelbar auch das Steuerelement (1) beaufschlagendes Steuerfluid vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Membran (9) kontaktierte und durch das Steuerfluid beaufschlagte Stirnfläche (7a) des Steuerelementes (1) bereits in seiner Ausgangsstellung ohne Beaufschlagung durch das Steuerfluid in Richtung der beaufschlagenden Kraft nach hinten versetzt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, vorzugsweise aus Teflon.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9) an ihrem Umfang zwischen zwei Klemmflächen (12) eingespannt ist, wobei ein Teil des Membranmaterials in den an die Klemmflächen (12) in Richtung zur Membranmitte anschließenden Bereich geflossen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich der Membran (9) durch Wärme- und Druckbeaufschlagung gegenüber dem zwischen den Klemmflächen (12) eingespannten Rand in Richtung der Stirnfläche (7a) des Steuerelementes (1) abgesenkt ist. 4