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DE102020105710A1 - Membranventil - Google Patents

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DE102020105710A1
DE102020105710A1 DE102020105710.5A DE102020105710A DE102020105710A1 DE 102020105710 A1 DE102020105710 A1 DE 102020105710A1 DE 102020105710 A DE102020105710 A DE 102020105710A DE 102020105710 A1 DE102020105710 A1 DE 102020105710A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve
membrane
diaphragm
actuator
valve seat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020105710.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Alice Schiffmann
Daniel Herrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buerkert Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buerkert Werke GmbH and Co KG filed Critical Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority to DE102020105710.5A priority Critical patent/DE102020105710A1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
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Abstract

Es wird ein Membranventil (10) mit einem pneumatischen Ventilaktor (26) beschrieben, der eine Druckkammer (28) und einen die Druckkammer (28) begrenzenden Kolben (32) aufweist. Der Kolben (32) ist entlang einer Wirkrichtung (30) des Ventilaktors (26) verschiebbar gelagert. Ferner ist eine als Ventilelement wirkende Membran (24) vorgesehen, mittels der ein erster Ventilsitz (20) wahlweise verschlossen und geöffnet werden kann. Dabei wirkt der pneumatische Ventilaktor (26) über ein schwenkbar gelagertes Betätigungselement (50) mit der Membran (24) zusammen. Ferner ist die Druckkammer (28) auf einer dem ersten Ventilsitz (20) zugewandten Seite des Kolbens (32) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Membranventil mit einem pneumatischen Ventilaktor, der eine Druckkammer und einen die Druckkammer begrenzenden, entlang einer Wirkrichtung des Ventilaktors verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, und mit einer als Ventilelement wirkenden Membran, mittels der ein erster Ventilsitz wahlweise verschlossen und geöffnet werden kann.
  • Solche Membranventile sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei unter einem Membranventil stets ein Ventil verstanden wird, bei dem die Membran als Ventilelement wirkt, also wahlweise dichtend an einen Ventilsitz angelegt oder von diesem abgehoben werden kann.
  • Dabei muss der Ventilaktor stets sorgfältig auf die Membran abgestimmt sein, um einen zuverlässigen Betrieb und eine hohe Lebensdauer des Membranventils zu gewährleisten. Insbesondere müssen dabei die vom Ventilaktor auf die Membran ausgeübten Kräfte derart begrenzt sein, dass eine mechanische Überlastung der Membran zuverlässig ausgeschlossen ist.
  • In diesem Zusammenhang besteht regelmäßig dahingehend ein Zielkonflikt, dass hohe Ventilaktorkräfte im Grunde erwünscht sind, um ein Ventil schnell schalten zu können. Darüber hinaus sind pneumatische Ventilaktoren, die mit hohen Drücken arbeiten, vergleichsweise kompakt im Aufbau. Auf der anderen Seite sollen Membranventile eine möglichst große Lebensdauer aufweisen und innerhalb der Lebensdauer wenig Wartungsaufwand verursachen. Das lässt sich besser erreichen, wenn vergleichsweise kleine Ventilaktorkräfte wirken.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, bekannte Membranventile weiter zu verbessern. Insbesondere soll dabei der genannte Zielkonflikt ausgeräumt oder zumindest abgemildert werden. Es soll also ein Membranventil geschaffen werden, das mit großen Ventilaktorkräften betätigt werden kann und aus diesem Grund kurze Schaltzeiten und einen kompakten Aufbau aufweist. Gleichzeitig soll das Ventil eine hohe Lebensdauer haben und wenig Wartungsaufwand verursachen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Membranventil der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der pneumatische Ventilaktor über ein schwenkbar gelagertes Betätigungselement mit der Membran zusammenwirkt und bei dem die Druckkammer auf einer dem ersten Ventilsitz zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist. Diese Konfiguration bewirkt, dass der Kolben bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer vom ersten Ventilsitz weg bewegt wird. Es ist somit prinzipiell ausgeschlossen, dass eine Druckbeaufschlagung die Membran in Richtung des zugeordneten Ventilsitzes bewegt und damit potenziell zu einer mechanischen Überlastung der Membran führt. Folglich kann der Ventilaktor mit hohen Drücken betrieben werden. Wie bereits oben erläutert, kann der Ventilaktor dadurch besonders kompakt aufgebaut werden. Ferner sind kurze Schaltzeiten des Membranventils realisierbar. Darüber hinaus sind negative Einflüsse auf die Membran auch dann ausgeschlossen, wenn es in der Druckversorgung des Ventilaktors zu unerwünschten Druckspitzen kommt. Es ergibt sich somit eine besonders hohe Lebensdauer des Membranventils. Aufgrund des prinzipbedingten Ausschlusses einer mechanischen Überlastung der Membran ergibt sich zudem ein äußerst geringer Wartungsaufwand.
  • Der Kolben kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein.
  • Das erfindungsgemäße Membranventil ist darüber hinaus besonders gut dafür geeignet, in Umgebungen mit ätzenden Dämpfen genutzt zu werden. Im Vergleich zu elektromagnetischen Ventilaktoren sind nämlich pneumatische Ventilaktoren auch bei diesen Umgebungsbedingungen lange haltbar.
  • Darüber hinaus sind mittels des Membranventils auch aggressive Medien schaltbar, sofern die Membran gegenüber diesen Medien beständig ist.
  • Der Ventilaktor kann in eine dem ersten Ventilsitz zugeordnete Schließrichtung vorgespannt sein. Insbesondere ist der Ventilaktor in die Schließrichtung federbeaufschlagt. Im unbetätigten Zustand, das heißt wenn der Ventilator nicht mit Druck beaufschlagt ist, ist der erste Ventilsitz somit stets geschlossen (Englischer Begriff: normally closed). Dadurch nimmt das Membranventil stets einen definierten Zustand ein. Somit lässt sich das Membranventil zuverlässig und präzise steuern. Darüber hinaus kann in diesem Zusammenhang der Ventilaktor als ein einfach wirkender Aktor ausgeführt werden, d. h. als ein Ventilaktor, der insgesamt nur eine Druckkammer aufweist, über die der Kolben aktiv nur in eine einzige Richtung bewegt werden kann. Vorliegend ist diese Richtung die Öffnungsrichtung. Einfach wirkende Ventilaktoren sind einfach und kompakt im Aufbau und zuverlässig im Betrieb. Darüber hinaus benötigen sie lediglich einen einzigen Versorgungsanschluss.
  • Selbstverständlich ist es auch denkbar, den Ventilaktor als zweiseitig wirkenden Aktor auszuführen. Dann kann der Ventilaktor aktiv in zwei entgegengesetzte, entlang seiner Wirkrichtung orientierte Betätigungsrichtungen bewegt werden. Bevorzugt ist der Ventilaktor dann bidirektional mit dem Betätigungselement gekoppelt, d. h. er kann dieses in zwei Richtungen bewegen.
  • In einer Variante ist ein zweiter Ventilsitz vorgesehen, der mittels der Membran wahlweise verschlossen und geöffnet werden kann. Der zweite Ventilsitz ist dabei vom ersten Ventilsitz separat. Das Membranventil kann also als 2/2-Wegeventil oder 3/2-Wegeventil ausgeführt werden, wodurch sich ein breites Anwendungsfeld ergibt.
  • Vorzugsweise ist dabei das Betätigungselement ein zweiarmiger Hebel, wobei ein erster Hebelarm dazu ausgebildet ist, die Membran auf den ersten Ventilsitz zu drücken, und ein zweiter Hebelarm dazu ausgebildet ist, die Membran auf den zweiten Ventilsitz zu drücken. Ein solches Betätigungselement ist einfach und kompakt im Aufbau. Ebenso ist es robust und zuverlässig im Betrieb. Es ergibt sich eine hohe Lebensdauer und ein geringer Wartungsaufwand für das zugehörige Membranventil.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegen der erste Hebelarm und der zweite Hebelarm im Wesentlichen flächig an der Membran an. Somit lässt sich die Membran zuverlässig an den ersten bzw. den zweiten Ventilsitz anlegen. In diesem Zusammenhang werden nur vergleichsweise geringe Scherkräfte in die Membran eingebracht. Darüber hinaus werden lokale Lastspitzen durch die flächige Anlage vermieden. Die Membran wird somit mechanisch nur wenig belastet, wodurch sich eine hohe Lebensdauer der Membran und damit des Membranventils ergibt.
  • Das Betätigungselement kann in dieser Konfiguration auch als Wippe bezeichnet werden.
  • Das Betätigungselement kann derart ausgebildet sein, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder der erste Ventilsitz oder der zweite Ventilsitz verschlossen sein kann. Die Geometrie des Betätigungselements schließt es dann aus, beide Ventilsitze gleichzeitig zu verschließen, was beispielsweise ein unerwünschter Schaltzustand ist. Dies resultiert in einem robusten und zuverlässigen Betrieb des Membranventils.
  • In einer Alternative wirkt der Ventilaktor auf den ersten Hebelarm. Insbesondere wirkt hierzu eine am Kolben befestigte Kolbenstange auf den ersten Hebelarm. Dabei kann die Kolbenstange derart am ersten Hebelarm anliegen, dass diese lediglich eine Druckkraft auf den ersten Hebelarm übertragen kann. Der erste Hebelarm und der Ventilaktor sind also in einer Zugrichtung des Ventilators nicht gekoppelt. Aufgrund der oben erwähnten Anordnung der Druckkammer können somit eventuell in der Druckversorgung des Ventilators auftretende Druckspitzen nicht in den ersten Hebelarm und damit nicht in die Membran eingeleitet werden. Es resultiert eine hohe Lebensdauer der Membran.
  • Gemäß einer Variante ist das Betätigungselement in eine dem ersten Ventilsitz zugeordnete Öffnungsrichtung vorgespannt. Insbesondere ist das Betätigungselement in die dem ersten Ventilsitz zugeordnete Öffnungsrichtung federbeaufschlagt. Für den Fall, dass das Betätigungselement derart ausgebildet ist, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder der erste Ventilsitz oder der zweite Ventilsitz verschlossen sein kann, ist dies gleichbedeutend damit, dass das Betätigungselement in die dem zweiten Ventilsitz zugeordnete Schließrichtung vorgespannt ist. Folglich nimmt das Betätigungselement stets eine definierte Lage ein. Das ist auch dann der Fall, wenn beispielsweise zu Wartungsarbeiten der Ventilaktor demontiert ist. Insgesamt lässt sich so das Membranventil zuverlässig betreiben.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass eine erste Vorspannkraft, mittels der der Ventilaktor in die dem ersten Ventilsitz zugeordnete Schließrichtung vorgespannt ist, größer ist als eine zweite Vorspannkraft, mittels der das Betätigungselement in eine dem ersten Ventilsitz zugeordnete Öffnungsrichtung vorgespannt ist. Insbesondere ist die erste Vorspannkraft mindestens doppelt so groß wie die zweite Vorspannkraft. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Vorspannkraft dreimal so groß wie die zweite Vorspannkraft. Das Verhältnis der Vorspannkräfte beträgt also 3:1. Folglich nehmen die Komponenten des Membranventils auch dann stets eine definierte Position ein, wenn die beiden bereits erwähnten Vorspannungen vorgesehen sind. Im Betrieb eines derartigen Membranventils gibt dann eine Betätigung des Ventilaktors streng genommen das Betätigungselement lediglich frei. Es wird also nicht aktiv durch den Ventilaktor bewegt, sondern durch eine aus der Wechselwirkung der beiden Vorspannungen resultierende Vorspannkraft. Nachdem solche Vorspannkräfte auf konstruktiv einfache Weise beschränkt werden können, kann auch eine auf die Membran einwirkende Kraft auf einfache Weise beschränkt werden. Dadurch werden insbesondere unerwünschte Kraftspitzen auf die Membran zuverlässig mieden, wodurch sich eine hohe Lebensdauer derselben ergibt.
  • Die Membran kann das Betätigungselement und/oder den Ventilaktor gegenüber einem fluidleitenden Bereich des Membranventils fluidisch abtrennen. Die Membran dient also auch dazu, das Betätigungselement und/oder den Ventilaktor vor dem unerwünschten Einfluss von Fluiden zu schützen. Mit anderen Worten dient die Membran der Abdichtung des Betätigungselements und/oder des Ventilators gegenüber einer Umgebung. Diese Funktionen erfüllt die Membran zusätzlich zu ihrer Funktion als Ventilelement. Veränderungen an der Membran und/oder zusätzliche Bauelemente sind hierfür nicht notwendig, sodass sich ein kompakter und einfacher Aufbau des Membranventils ergibt.
  • Ebenso kann das Membranventil ein mehrteiliges Ventilgehäuse aufweisen. Insbesondere umfasst ein solches, mehrteiliges Ventilgehäuse ein Ventilaktorgehäuse, in dem der Ventilaktor angeordnet ist, ein Betätigungselementgehäuse, in dem das Betätigungselement angeordnet ist, und ein Fluidgehäuse, in dem zumindest der erste Ventilsitz angeordnet ist. Das Ventilgehäuse kann also dreiteilig aufgebaut sein. Alternativ ist das Ventilgehäuse zweiteilig aufgebaut. Ausgehend vom dreiteiligen Ventilgehäuse sind dann entweder das Ventilaktorgehäuse und das Betätigungselementgehäuse oder das Betätigungselementgehäuse und das Fluidgehäuse zu einem einzigen, zusammenhängenden Gehäuse vereinigt. Dabei sind die einzelnen Gehäuse jeweils separate Bauteile. Daraus resultiert, dass das Ventilgehäuse einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Insbesondere werden durch dessen mehrteilige Ausführung schwierig herzustellende Hinterschnitte und/oder Hohlräume vermieden. Darüber hinaus bewirkt ein mehrteiliges Ventilgehäuse, das insbesondere ein Ventilaktorgehäuse, ein Betätigungselementgehäuse und ein Fluidgehäuse aufweist, dass das Membranventil in mehreren, jeweils eines dieser Gehäuse umfassenden Unterbaugruppen vormontiert werden kann. Daraus resultiert eine effiziente und schnelle Montage des Membranventils.
  • Die einzelnen Gehäuse können miteinander formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere können die einzelnen Gehäuse miteinander verschraubt, verklebt oder verhakt sein.
  • Ferner kann der mehrteilige Aufbau des Ventilgehäuses dazu dienen, das Membranventil einfach an verschiedene Verwendungszwecke anzupassen. Insbesondere kann durch den Austausch des Fluidgehäuses ein 3/2-Wegeventil oder ein 2/2-Wegeventil geschaffen werden, ohne dass die übrigen Komponenten dafür verändert werden müssten.
  • Die Membran ist vorzugsweise zwischen dem Fluidgehäuse und dem Betätigungselementgehäuse eingespannt.
  • Bevorzugt ist das Membranventil mit einem Versorgungsanschluss zur Druckmedienversorgung des Ventilaktors ausgestattet, wobei eine Mittelachse des Versorgungsanschlusses gegenüber der Wirkrichtung des Ventilaktors senkrecht oder in einem spitzen Winkel verläuft. Dadurch wird erreicht, dass das Membranventil insgesamt kompakt aufgebaut ist. Darüber hinaus kann der Versorgungsanschluss so angeordnet sein, dass dieser auch im montierten Zustand des Membranventils einfach zugänglich ist.
  • Vorzugsweise verläuft in einer Einbaulage des Membranventils die Wirkrichtung vertikal, wobei die Druckkammer unterhalb des Kolbens angeordnet ist. In dieser Einbaulage unterstützt die Schwerkraft die Funktion des Membranventils. Dadurch ist es vergleichsweise effizient im Betrieb.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:
    • - 1 ein erfindungsgemäßes Membranventil in einer Schnittdarstellung und
    • - 2 das Membranventil aus 1 in einer Explosionsdarstellung.
  • Die 1 zeigt ein Membranventil 10, das in der dargestellten Ausführungsform als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist.
  • Es ist in der 1 in Einbaulage dargestellt.
  • Das Membranventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 12 mit einem ersten Fluidanschluss 14, einem zweiten Fluidanschluss 16 und einem dritten Fluidanschluss 18.
  • Dabei ist der erste Fluidanschluss 14 mit einem ersten Ventilsitz 20 ausgestattet und der zweite Fluidanschluss 16 mit einem zweiten Ventilsitz 22.
  • Beispielsweise stellen in diesem Zusammenhang der erste Fluidanschluss 14 und der zweite Fluidanschluss 16 Fluidauslässe dar und der dritte Fluidanschluss 18 einen Fluideinlass.
  • Ferner ist eine Membran 24 vorgesehen, mittels der der erste Ventilsitz 20 und der zweite Ventilsitz 22 wahlweise verschlossen und geöffnet werden können. Die Membran 24 wirkt also als Ventilelement des Membranventils 10.
  • Zur Betätigung des Membranventils 10 dient ein pneumatischer Ventilaktor 26. Dieser umfasst eine pneumatische Druckkammer 28 und einen entlang einer Wirkrichtung 30 des Ventilaktors 26 verschiebbar gelagerten Kolben 32, der die Druckkammer 28 begrenzt.
  • Zu diesem Zweck ist auch eine Kolbendichtung 34 am Kolben 32 angeordnet, die diesen gegenüber dem Ventilgehäuse 12 abdichtet.
  • Zur Betätigung der Membran 24 ist ferner eine Kolbenstange 36 einstückig am Kolben 32 angeordnet. Die Kolbenstange 36 ist ihrerseits über eine Kolbenstangendichtung 38 gegenüber dem Ventilgehäuse 12 abgedichtet, in dem sie über einen Dichtungsdeckel 39 gehalten ist.
  • Innerhalb des pneumatischen Ventilaktors 26 ist die Druckkammer 28 auf einer dem ersten Ventilsitz 20 zugewandten Seite des Kolbens 32 angeordnet.
  • In der in 1 dargestellten Einbaulage ist die Druckkammer 28 also unterhalb des Kolbens 32 positioniert. Zudem verläuft die Wirkrichtung 30 senkrecht.
  • Die Druckkammer 28 wird über einen Versorgungsanschluss 40 mit einem Druckmedium, im dargestellten Beispiel Druckluft, versorgt. Dabei verläuft eine Mittelachse 42 des Versorgungsanschlusses 40 in einem spitzen Winkel zur Wirkrichtung 30.
  • Der Ventilaktor 26 ist zudem in eine dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Schließrichtung vorgespannt, die durch den Pfeil S symbolisiert ist.
  • Hierfür ist der Ventilaktor 26, genauer gesagt der Kolben 32, mittels einer Feder 44 beaufschlagt. Diese ist zwischen dem Kolben 32 und einem Gewindestopfen 46 angeordnet, der ins Ventilgehäuse 12 eingeschraubt ist und auf diese Weise eine Aktorbohrung 48, in der sowohl die Druckkammer 28 als auch der Kolben 32 angeordnet sind, verschließt.
  • Dabei wirkt der Kolben 32, genauer gesagt die Kolbenstange 36, nicht direkt auf die Membran 24, sondern über ein um eine Schwenkachse 49 schwenkbar gelagertes Betätigungselement 50.
  • Dieses ist als zweiarmiger Hebel gestaltet, wobei ein erster Hebelarm 50a dazu ausgebildet ist, die Membran 24 auf den ersten Ventilsitz 20 zu drücken, und ein zweiter Hebelarm 50b dazu ausgebildet ist, die Membran 24 auf den zweiten Ventilsitz 22 zu drücken.
  • Der Ventilaktor 26 wirkt mit seiner Kolbenstange 36 auf den ersten Hebelarm 50a.
  • Dabei liegen die beiden Hebelarme 50a, 50b im Wesentlichen flächig an der Membran 24 an.
  • Darüber hinaus ist das Betätigungselement 50 derart ausgebildet, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder der erste Ventilsitz 20 oder der zweite Ventilsitz verschlossen sind.
  • Zu diesem Zweck ist die Schwenkachse 49 mit einem gewissen Abstand von einer durch die Ventilsitze 20, 22 aufgespannten Ebene positioniert. Darüber hinaus ist eine den Ventilsitzen 20, 22 zugewandte Seite des Betätigungselements 50 aus zwei Flächenabschnitten zusammengesetzt, die einen stumpfen Winkel einschließen. Jeder der Flächenabschnitte ist dabei einem der Ventilsitze 20, 22 zugeordnet.
  • Auch das Betätigungselement 50 ist vorgespannt.
  • Dies erfolgt in eine dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Öffnungsrichtung, die durch den Pfeil O symbolisiert ist.
  • Hierfür ist eine Feder 52 vorgesehen, die mit einem ersten Ende am zweiten Hebelarm 50b angreift und mit einem zweiten, entgegengesetzten Ende an einem Anlagebauteil 54 positioniert ist, das fest im Ventilgehäuse 12 gelagert ist.
  • In diesem Zusammenhang resultiert also aus der Feder 44 eine erste Vorspannkraft, mittels der der Ventilaktor 26 in die dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Schließrichtung S vorgespannt ist, und aus der Feder 52 eine zweite Vorspannkraft, mittels der das Betätigungselement 50 in die dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Öffnungsrichtung O vorgespannt ist.
  • Dabei ist die erste Vorspannkraft mindestens doppelt so groß wie die zweite Vorspannkraft.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 12 mehrteilig ausgeführt.
  • Es umfasst dabei ein Ventilaktorgehäuse 12a, in dem der Ventilaktor 26 angeordnet ist.
  • Darüber hinaus weist das Ventilgehäuse 12 ein Betätigungselementgehäuse 12b auf, in dem das Betätigungselement 50 angeordnet ist.
  • Ferner ist ein Fluidgehäuse 12c vorgesehen, in dem der erste Ventilsitz 20 und der zweite Ventilsitz 22 angeordnet sind.
  • Das Fluidgehäuse 12c, das Betätigungselementgehäuse 12b und das Ventilaktorgehäuse 12a sind in der dargestellten Ausführungsform mittels zweier Schrauben 56a, 56b verbunden (siehe 2).
  • Dabei ist es selbstverständlich auch denkbar, die Gehäuse 12a, 12b, 12c anderweitig miteinander zu verbinden, beispielsweise über Klebungen.
  • Die Membran 24 ist zwischen dem Fluidgehäuse 12c und dem Betätigungselementgehäuse 12b eingespannt.
  • Dabei dient die Membran 24 neben ihrer Funktion als Ventilelement auch dazu, den Ventilaktor 26 und das Betätigungselement 50 fluidisch gegenüber einem Fluid leitenden Bereich 58 des Membranventils 10 abzutrennen.
  • Das Betätigungselement 50 und der Ventilaktor 26 kommen also nicht mit demjenigen Fluid in Kontakt, das mittels des Membranventils 10 geschaltet wird.
  • Im Betrieb kann das Membranventil 10, das ja als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, zwei Stellungen einnehmen.
  • Eine erste Ventilstellung ist in 1 dargestellt.
  • Dabei ist der Ventilaktor 26 nicht betätigt, das heißt die Druckkammer 28 ist nicht mit Druck beaufschlagt.
  • In diesem Zustand werden also der Kolben 32 und die Kolbenstange 36 durch die Feder 44 in Schließrichtung S des ersten Ventilsitzes 20 beaufschlagt.
  • Das Betätigungselement 50 wird also mittels der Kolbenstange 36 so verschwenkt, dass die Membran 24 über den ersten Hebelarm 50a an den ersten Ventilsitz 20 angelegt wird.
  • Dieser Bewegung wirkt die Feder 52 entgegen. Allerdings ist die aus der Feder 52 resultierende Vorspannkraft nur halb so groß wie die aus der Feder 44 resultierende Vorspannkraft. Insofern ändert sich durch die Beaufschlagung des Betätigungselements 50 mit der Feder 52 nicht die Stellung des Betätigungselements 50, sofern gleichzeitig der Ventilaktor 26 unbetätigt ist.
  • Wenn das Membranventil 10 in eine zweite Ventilstellung überführt werden soll, wird die Druckkammer 28 über den Versorgungsanschluss 40 mit Druckluft beaufschlagt.
  • Dabei muss der Druck so groß sein, dass die aus der Feder 44 resultierende Vorspannkraft überwunden wird und sich der Kolben nach oben bewegt, wobei die Feder 44 komprimiert wird. Der Kolben 32 und die Kolbenstange 36 werden also in die Öffnungsrichtung O des ersten Ventilsitzes 20 bewegt.
  • Dabei wird die Kolbenstange 36 jedoch nicht vom ersten Hebelarm 50a abgehoben, da das Betätigungselement 50 durch die Feder 52 beaufschlagt ist.
  • Das Betätigungselement 50 wird also so verschwenkt, dass sich der erste Ventilsitz 20 öffnet und der zweite Ventilsitz 22 über den zweiten Hebelarm 50b und die Membran 24 verschlossen wird. Die zugehörige Schließkraft entspricht dabei im Wesentlichen der aus der Feder 52 resultierenden Vorspannkraft.
  • Um ausgehend hiervon das Ventil wieder in seine erste Ventilstellung zu überführen, wird die Druckkammer 28 druckentlastet.
  • Als Folge davon wird der Kolben 32 durch die aus der Feder 44 resultierende Vorspannkraft wieder nach unten bewegt.
  • Dabei ist ersichtlich, dass am Versorgungsanschluss 40 und/oder in der Druckkammer 28 auftretende Druckspitzen nur dazu führen können, dass der Kolben 32 in 1 nach oben, also von der Membran 24 weg bewegt wird. Dadurch können prinzipbedingt Druckspitzen in der Druckkammer 28 keine unerwünschte Beschädigung der Membran 24 nach sich ziehen.

Claims (13)

  1. Membranventil (10) mit einem pneumatischen Ventilaktor (26), der eine Druckkammer (28) und einen die Druckkammer (28) begrenzenden, entlang einer Wirkrichtung (30) des Ventilaktors (26) verschiebbar gelagerten Kolben (32) aufweist, und einer als Ventilelement wirkenden Membran (24), mittels der ein erster Ventilsitz (20) wahlweise verschlossen und geöffnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Ventilaktor (26) über ein schwenkbar gelagertes Betätigungselement (50) mit der Membran (24) zusammenwirkt und die Druckkammer (28) auf einer dem ersten Ventilsitz (20) zugewandten Seite des Kolbens (32) angeordnet ist.
  2. Membranventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaktor (26) in eine dem ersten Ventilsitz (20) zugeordnete Schließrichtung (S) vorgespannt ist, insbesondere wobei der Ventilaktor (26) in die Schließrichtung (S) federbeaufschlagt ist.
  3. Membranventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ventilsitz (22) vorgesehen ist, der mittels der Membran (24) wahlweise verschlossen und geöffnet werden kann.
  4. Membranventil (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (50) ein zweiarmiger Hebel ist, wobei ein erster Hebelarm (50a) dazu ausgebildet ist, die Membran (24) auf den ersten Ventilsitz (20) zu drücken, und ein zweiter Hebelarm (50b) dazu ausgebildet ist, die Membran (24) auf den zweiten Ventilsitz (22) zu drücken.
  5. Membranventil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (50a) und der zweite Hebelarm (50b) im Wesentlichen flächig an der Membran (24) anliegen.
  6. Membranventil (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (50) derart ausgebildet ist, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder der erste Ventilsitz (20) oder der zweite Ventilsitz (22) verschlossen sein kann.
  7. Membranventil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaktor (26) auf den ersten Hebelarm (50a) wirkt.
  8. Membranventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (50) in eine dem ersten Ventilsitz (20) zugeordnete Öffnungsrichtung (O) vorgespannt ist, insbesondere in die dem ersten Ventilsitz (20) zugeordnete Öffnungsrichtung (O) federbeaufschlagt ist.
  9. Membranventil (10) nach Anspruch 2 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Vorspannkraft, mittels der der Ventilaktor (26) in die dem ersten Ventilsitz (20) zugeordnete Schließrichtung (S) vorgespannt ist, größer ist als eine zweite Vorspannkraft, mittels der das Betätigungselement (50) in eine dem ersten Ventilsitz (20) zugeordnete Öffnungsrichtung (O) vorgespannt ist, insbesondere wobei die erste Vorspannkraft mindestens doppelt so groß ist wie die zweite Vorspannkraft.
  10. Membranventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (24) das Betätigungselement (50) und/oder den Ventilaktor (26) gegenüber einem fluidleitenden Bereich (58) des Membranventils (10) fluidisch abtrennt.
  11. Membranventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mehrteiliges Ventilgehäuse (12), insbesondere mit einem Ventilaktorgehäuse (12a), in dem der Ventilaktor (26) angeordnet ist, einem Betätigungselementgehäuse (12b), in dem das Betätigungselement (50) angeordnet ist, und einem Fluidgehäuse (12c), in dem zumindest der erste Ventilsitz (20) angeordnet ist.
  12. Membranventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Versorgungsanschluss (40) zur Druckmedienversorgung des Ventilaktors (26), wobei eine Mittelachse (42) des Versorgungsanschlusses (40) gegenüber der Wirkrichtung (30) des Ventilaktors (26) senkrecht oder in einem spitzen Winkel verläuft.
  13. Membranventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einbaulage des Membranventils (10) die Wirkrichtung (30) vertikal verläuft, wobei die Druckkammer (28) unterhalb des Kolbens (32) angeordnet ist.
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