Membranventil Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung eines Absperr- oder Umschalteorgans für flüs sige oder gasförmige Medien mit stark korrodieren den Eigenschaften, insbesondere zur Verwendung in der chemischen Industrie und in Laboratorien. Wegen ihrer guten Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren und Laugen hat man schon vielfach versucht, Absperr- und Umschaltorgane der genannten Gat tung aus nichtmetallischen Kunststoffen, wie z. B. Tetrafluoräthylen oder Hartgummi, herzustellen.
Da bei ergaben sich jedoch Schwierigkeiten, weil die Kunststoffe, anders als Metalle, nicht genügend form fest sind, sondern sich wie ein lebendiges Mate rial verhalten, ähnlich dem Holz.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine konstruktive Lösung zu fin den, die sich ganz besonders für die Heranziehung von säure- und laugenfesten Kunststoffen eignet. Bei der Lösung dieser Aufgabe wurde ein Membran ventil mit einer an ihrem Umfangsrand, fest einge- spannten Membran gefunden, deren Mittelpartie wahlweise an einen ringförmigen Ventilsitz anpress- bar ist oder sich vom Ventilsitz anheben lässt.
Ge genüber bekannten Membranventilen dieser Art un terscheidet sich dasjenige gemäss der Erfindung da durch, dass der Ventilsitz an einem aus säure- und laugenfestem Kunststoff bestehenden Körper ausge bildet ist, der mindestens eine zum Zentrum des ringförmigen Ventilsitzes führende Ausnehmung und mindestens eine aussen an den Ventilsitz führende Ausnehmung zum Durchleiten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums aufweist,
und dass der Um fangsrand der ebenfalls aus säure- und laugenfestem Kunststoff bestehenden Membran zwischen dem ge nannten Körper und einem Teil eines den Körper umgebenden Gehäuses dicht eingespannt ist. Weitere Einzelheiten des Membranventils gemäss der Erfindung folgen aus der nachfolgenden Be schreibung und der zugehörigen Zeichnung, in wel cher rein beispielsweise eine bevorzugt, Ausführungs form und eine Variante des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht sind..
Fig. 1 zeigt ein Dreiwegventil für säure- oder laugenhaltige Medien im Längsschnitt nach der Linie I-1 in Fig. 2.
Fig. 2 stellt das Ventil in Draufsicht bei abge schnittener Antriebsspindel dar.
Fig. 3 ist eine Unteransicht des gleichen Ventils. Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2.
Fig. 5 veranschaulicht in Seitenansicht ein Dop pel-Dreiwegventil als Ausführungsvariante.
Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ventil weist ein Gehäuse 10, 11 auf, das aus einem durchbohrten Grundteil 10 und einem in denselben eingeschraub ten Gewindering 11 besteht. Im Gehäuse 10, 11 be- find-en sich. ein aus säure- und laugenfestem Kunst stoff, vorzugsweise Tetrafluoräthylen, hergestellter Körper 12 und zwei aus dem gleichen Material be stehende Membranen 13 und 14, zwischen denen der Körper 12 angeordnet ist. Durch Festziehen des Gewinderinges 11 sind die Organe 12, 13 und 14 .im Gehäuse 10, 11 geklemmt worden.
Der Umfangsrand der Membran 13 ist dabei zwischen einer Schulter 15 ,des Gehäuse-Grundteiles 10 und einer ebenen Rand fläche des Körpers 12 eingespannt. In völlig analo ger Weise ist der Umfangsrand der andern Membran 14 zwischen dem Gewindering 11 und einer gegen überliegenden ebenen Randfläche des Körpers 12 eingespannt.
Der Körper 12 hat im wesentlichen zylindrische Gestalt und weist eine durchgehende Axialbohrung 16 auf. An jeder der beiden zueinander parallelen Endflächen des Körpers 12 ist eine Ringnut 17 bzw. 18 vorhanden, welche die betreffende Mündung der Axialnut 16 mit Abstand umgibt. Zwischen der Ringnut 17 und der Axialnut 16 befindet sich ein erster ringförmiger Ventilsitz 19, der in der gleichen Ebene liegt wie die an die Membran 13 anliegende Randfläche des Körpers 12.
Desgleichen ist zwischen der andern Ringnut 18 und der Axialbohrung 16 ein zweiter Ventilsitz 20 vorhanden, der in der gleichen Ebene liegt wie die an die Membran 14 anliegende Randfläche des Körpers 12.
In unbelastetem Ruhezustand ist die dem Körper 12 zugekehrte Seite jeder Membran 13 bzw. 14 eben. Auf ihrer anderen Seite weist jede der Membranen in ihrer Mittelpartie eine zapfenförmige Verdickung 21 bzw. 22 auf, die dem der betreffenden Membran zugeordneten Ventilsitz 19 bzw. 20 gegenüberliegt. Die Axialbohrung 16 des Körpers 12 ist von einem in seiner Längsrichtung beweglichen Bolzen 23 ge ringeren Durchmessers durchsetzt.
Der Bolzen 23 besteht aus einem säure- und laugenfesten Material, beispielsweise Tetrafluoräthylen. Die Enden des Bol zens 23 greifen in Ausnehmungen der Membranver- dickungen 21 und 22 ein, und seine Länge ist derart bemessen, dass die beiden Membranen 13 und 14 nie gleichzeitig an ihren Ventilsitzen 19 und 20 an liegen können.
Der Körper 12 weist gemäss Fig. 4 eine radial ver laufende Bohrung 24, die in die Axialbohrung 16 mündet und über letztere zu den Zentren der beiden ringförmigen Ventilsitze 19 und 20 führt. Eine an dere, teils radial und teils axparallel verlaufende Aus- nehmung 25 im Körper 12 führt zur Ringnut 17, während eine dritte ebenfalls teils radial und teils axparallel verlaufende Ausnehmung 26 im Körper 12 zur andern Ringnut 18 führt (Fig. 1).
An die Boh rung 24 und die Ausnehmungen 25 und 26 ist je eine Rohrleitung 27, 28 bzw. 29 angeschlossen, die aus säure- und laugenfestem Kunststoff, vorzugsweise Tetrafluoräthylen, besteht.
Die Rohrleitungen 27, 28 und 29 haben je ein kegelig aufgeweitetes Ende, das mit Hilfe eines Gewindenippels 30, 31 bzw. 32, welcher in den Gehäuse-Grundbeil 10 eingeschraubt ist, gegen eine kegelförmige Sitzfläche um die äussere Mündung der Bohrung 24 bzw. der Ausnehmungen 25 und 26 gepresst ist.
Am Gehäuse-Grundteil 10 sind zwei Tragsäulen 35 befestigt, die einander bezüglich des Körpers 12 diametral gegenüberliegend und parallel zur Axe des Körpers 12 verlaufen. An ihrer vom Gehäuse 10, 11 entfernterem Endpartie sind die Säulen 35 durch ein Joch 36 miteinander verbunden, das einen unver änderlichen Abstand vom Gehäuse 10, 11 aufweist. In der Mittelpartie des Joches 36 ist eine Spindel 37 drehbar gelagert, die an ihrem äusseren Ende ein Handrad 38 trägt. In einer Querbohrung des Joches 36 sitzt ein Stift 39, der tangential in eine Umfangs nut 40 der Spindel 37 eingreift und diese gegen Ver schiebung in axialer Richtung sichert.
Die Spindel 37 ist mit einem Gewindeteil 41 versehen, der in einer passenden Gewindebohrung eines Schiebebal kens 42 eingeschraubt ist. Der Schiebebalken 42 be findet sich zwischen dem Joch 36 und einer Ring scheibe 43, die in einer Umfangsnut der Spindel 37 festsitzt.
An jedem Ende des Schiebebalkens 42 ist eine Gewindestange 44 befestigt, die von zwei Hülsen 46 und 47 umgeben ist. Die Gewindestangen 45 und Hülsen 46 und 47 verlaufen parallel zu den Tragsäu len 35 und sind derart angeordnet, dass der Schiebe balken 42 rechtwinklig zum Joch 36 verläuft. Die Hülsen 47 sind in passenden Bohrungen des Ge- häuse-Grundteiles 10 längsverschiebbar geführt. Der Schiebebalken 42, die Gewindestangen 45 und die Hülsen 46 und 47 bilden zusammen einen mit Hilfe des Gewindeteiles 41 der Spindel 47 verschiebbaren Rahmen, dessen in der Verschieberichtung verlau- fendie Schenkel 45, 46, 47 durch zwei Blattfedern 48 und 49 quer miteinander verbunden sind.
Die Enden der Blattfedern 48 und 49 sind durch die Hülsen 46 und 47 in festen Abständen voneinander und vom Schiebebalken 42 gehalten. Der Körper 12 und die beiden Membranen 13 und 14 befinden sich zwi schen den zwei Blattfedern 48 und 49. An der Mit telpartie der einen Blattfeder 48 ist ein Drücker 50 festgenietet, welcher mit einer kugelkalottenförmigen Endfläche gegen eine auf der zapfenförmigen Ver dickung 21 der Membran 13 sitzenden Metallkappe 51 drückt.
Die kugelkalottenförmige Endfläche des Drückers 50 greift dabei unter dem Einfluss der elastischen Spannung der Blattfeder 48 in eine kege- lige Zentrierausnehmung 52 ein, die aussen an der Kappe 51 vorhanden ist. In völlig analoger Weise trägt die andere Blattfeder 49 einen Drücker 53, der mit einer kugelkalottenförmigen Endfläche in eine kegelige Zentrierausnehmung einer Metallkappe 54 eingreift, welche auf der zapfenförmigen Verdickung 22 der Membran 14 sitzt.
Die Gebrauchs- und Wirkungsweise des beschrie benen Membranventils ist wie folgt: In Fig.l nimmt der Schiebebalken 42 jene Extremlage ein, bei welcher er dem Gehäuse 10, 11 am stärksten genähert ist. In dieser Lage schlägt der Schiebebalken 42 an der Ringscheibe 43 der Spindel 37 an. Die Blattfeder 48 presst dabei mittels des Drückers 50 und der Kappe 51 die Membran 13 auf den zugehörigen Ventilsitz 19, während gleich zeitig mittels des Bolzens 23 die andere Membran 14 vom zugehörigen Ventilsitz 20 abgehoben ist (Fig. 1 und 4).
Die Blattfeder 49 übt jetzt nur einen verhältnismässig schwachen Druck auf die Membran 14 aus. In der beschriebenen Ventilstellung kann ein flüssiges oder gasförmiges Medium von der Rohrlei tung 27 durch die radiale Bohrung 24, die Axial bohrung 16, über den Ventilsitz 20 in die Ringnut 18 und von da durch, die Ausnehmung 26 zur Rohr leitung 29 oder in umgekehrter Richtung strömen, während zwischen den Rohrleitungen 27 und 28 keine Verbindung besteht, weil die an den Ventilsitz 19 angedrückte Membran 13 einen Durchgang von der Axialbohrunig 16 zur Ringnut 17 oder umgekehrt sperrt.
Durch Drehen des Handrades 38 und der Spin del 37 lässb sich mittels des Gewindeteiles 41 der Schiebebalken 42 in seine andere Extremlage bewe gen, bei welcher er am Joch 36 anschlägt und die grösstmögliche Entfernung vom Gehäuse 10, 11 auf weist. Zusammen mit dem Schiebebalken 42 werden auch die beiden Blattfedern 48 und 49 verschoben, so dass die Pressung der Blattfeder 48 auf die Mem bran 13 nachlässt und die andere Blattfeder 49 mit tels des Drückers 53 und :der Kappe 54 einen stärke ren elastischen Druck auf die Membran 14 ausübt.
Dadurch wird die Membran 14 auf den Ventilsitz 20 gepresst, während mittels des Bolzens 23 die an dere Membran 13 vom Ventilsitz 19 abgehoben wird. In dieser Ventilstellung sind nun die beiden Rohr leitungen 27 und 28 miteinander verbunden, wo gegen der Durchfluss zwischen den Rohrleitungen 27 und 29 jetzt unterbrochen ist.
Da das durch das Ventil strömende oder vom Ventil abgesperrte Medium ausschliesslich mit Be standteilen aus säure- und laugernfestem Kunststoff in Berührung kommen kann, besteht Gewähr, d'ass keine Korrosion auftritt und die gute Sperrwirkung ,des Ventils auch bei langer Betriebszeit keinen Scha den erleidet. Beim Betätigen des Ventils tritt auch keine Abnützung der Kunststoffbestandteile auf, weil diese keiner Reibung unterworfen sind.
Die mit den durchgeleiteten oder abgesperrten Medien in Berührung tretenden Bestandteile des Ventils be dürfen daher auch keiner Schmierung. Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Ventils liegt in der Tat sache, d'ass die aus säure- und laugenfestem Kunststoff bestehenden Teile keine besonders genauen Abmes sungen verlangen, so dass sie ohne Schwierigkeiten hergestellt und eingebaut werden können, wodurch die Herstellungskosten verhältnismässig niedrig blei ben.
Die gezeigte und, beschriebene Bauweise gestattet auf einfache Weise die Bildung von Mehrfach-Ven- tilen, wie in Fig. 5 am Beispiel eines Doppel-Dreiweg- Ventils gezeigt ist. Mit gleichen Bezugsziffern sind jene Teile bezeichnet, die auch schon beim Ausfüh rungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 zu finden sind.
Durch Distanzstücke 135, die mit den Tragsäulen 35 gleichachsig angeordnet sind, ist das Gehäuse 10, 11 mit einem zweiten, völlig gleich ausgebildeten Ge häuse 110, 111 verbunden, in welchem ebenfalls ein mit den Ventilsitzen versehener Körper zwischen zwei zugehörigen Membranen angeordnet ist.
Die mit dem Schiebebalken 42 verbundenen Gewinde stangen 45 sind verlängert und von einer weiteren Hülse 147 umgeben, die in passenden Bohrungen des Gehäuse-Grundteiles <B>110</B> längsverschiebbar geführt sind. Die zwischen den beiden Gehäusen 10, 11 und 110, 111 angeordnete Blattfeder 49 weist anstelle des Drückers 53 des ersten Beispieles nun einen in Fig. 5 nicht sichtbaren, beidseitig vorstehenden Drük- ker auf, der einerseits auf die Membran 14 im Ge häuse 10, 11 und anderseits auf die eine Membran im Gehäuse 110, 111 presst.
Eine zusätzliche Blattfeder 149 verbindet die freien Enden der Hülsen 147 mit- einander und presst mittels eines in Fig. 5 nicht sicht baren Drückers gegen die zweite Membran im Ge häuse 110, 111. Auch im Gehäuse 110, 111 sind Gewindenippel zum Festhalten von drei Rohrleitun gen eingeschraubt.
Durch Drehen der Spindel 37 mit Hilfe des Handrades 38 wird, in den beiden Gehäusen 10, 11 und 110, 111 gleichzeitig die eine Membran von ihrem Ventilsitz abgehoben und die andere Membran auf ihren Ventilsitz gepresst.
Es ist klar, dass in völlig analoger Bauweise auch mehr als zwei Dreiweg-Ventile hintereinander ange ordnet und miteinander gekuppelt werden können. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Ventile gewünschtenfalls nicht als Dreiweg- oder Umschalt ventile, sondern als einfache Absperrorgane zu be nutzen, indem man nur zwei anstatt drei Rohrlei tungen anschliesst.
Das in Fig. 1 bis 4 veranschaulichte Beispiel könnte zur Verwendung als einfaches Absperrorgan :derart geändert sein, dass nur eine einzige Membran vorhanden ist. In diesem Fall ist die zapfenförmige Verdickung 21 oder 22 fest mit der Kappe 51 bzw. 54 verbunden und die letztere mit der Blattfeder 48 bzw. 49 auf Druck- und auf Zugkraftübertragung gekuppelt.
Am Körper 12 ist dann selbstverständlich nur ein einziger ringförmiger Ventilsitz ausgebildet, und die beiden angeschlossenen Rohrleitungen stehen über Ausnehmungen im Körper 12 einerseits mit dem Zentrum des Ventilsitzes und anderseits mit der Ringnut um den Ventilsitz herum in Verbindung.