DE102020105710A1

DE102020105710A1 - Diaphragm valve

Info

Publication number: DE102020105710A1
Application number: DE102020105710.5A
Authority: DE
Inventors: Alice Schiffmann; Daniel Herrmann
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-09

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.A diaphragm valve (10) with a pneumatic valve actuator (26) is described which has a pressure chamber (28) and a piston (32) delimiting the pressure chamber (28). The piston (32) is mounted displaceably along an effective direction (30) of the valve actuator (26). Furthermore, a membrane (24) acting as a valve element is provided, by means of which a first valve seat (20) can be optionally closed and opened. The pneumatic valve actuator (26) interacts with the membrane (24) via a pivotably mounted actuating element (50). Furthermore, the pressure chamber (28) is arranged on a side of the piston (32) facing the first valve seat (20).

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.The invention relates to a diaphragm valve with a pneumatic valve actuator which has a pressure chamber and a piston that delimits the pressure chamber and is mounted displaceably along an effective direction of the valve actuator, and with a diaphragm acting as a valve element, by means of which a first valve seat can be optionally closed and opened.

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.Such diaphragm valves are known from the prior art, a diaphragm valve always being understood to be a valve in which the diaphragm acts as a valve element, that is to say can be placed against or lifted from a valve seat in a sealing manner.

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.The valve actuator must always be carefully matched to the diaphragm in order to ensure reliable operation and a long service life of the diaphragm valve. In particular, the forces exerted by the valve actuator on the diaphragm must be limited in such a way that mechanical overloading of the diaphragm is reliably excluded.

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.In this context, there is regularly a conflict of objectives to the effect that high valve actuator forces are basically desired in order to be able to switch a valve quickly. In addition, pneumatic valve actuators that work at high pressures are comparatively compact in design. On the other hand, diaphragm valves should have the longest possible service life and require little maintenance over their service life. This can be better achieved if comparatively small valve actuator forces act.

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.It is therefore the object of the invention to further improve known diaphragm valves. In particular, the aforementioned conflict of objectives should be eliminated or at least mitigated. The aim is therefore to create a diaphragm valve which can be actuated with large valve actuator forces and for this reason has short switching times and a compact design. At the same time, the valve should have a long service life and require little maintenance.

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.The object is achieved by a diaphragm valve of the type mentioned, in which the pneumatic valve actuator interacts with the diaphragm via a pivotably mounted actuating element and in which the pressure chamber is arranged on a side of the piston facing the first valve seat. This configuration has the effect that the piston is moved away from the first valve seat when the pressure chamber is pressurized. In principle, it is therefore impossible for the application of pressure to move the membrane in the direction of the associated valve seat and thus potentially lead to mechanical overloading of the membrane. As a result, the valve actuator can be operated at high pressures. As already explained above, the valve actuator can thereby be designed to be particularly compact. Furthermore, short switching times of the diaphragm valve can be achieved. In addition, negative influences on the diaphragm are also excluded if there are undesirable pressure peaks in the pressure supply to the valve actuator. This results in a particularly long service life for the diaphragm valve. Due to the principle-related exclusion of mechanical overloading of the membrane, there is also an extremely low maintenance effort.

Der Kolben kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein.The piston can be constructed in one part or in several parts.

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.The diaphragm valve according to the invention is also particularly well suited to be used in environments with corrosive vapors. Compared to electromagnetic valve actuators, pneumatic valve actuators have a long service life even under these environmental conditions.

Darüber hinaus sind mittels des Membranventils auch aggressive Medien schaltbar, sofern die Membran gegenüber diesen Medien beständig ist.In addition, aggressive media can also be switched by means of the diaphragm valve, provided the diaphragm is resistant to these media.

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.The valve actuator can be preloaded in a closing direction assigned to the first valve seat. In particular, the valve actuator is spring-loaded in the closing direction. In the non-actuated state, that is, when the fan is not pressurized, the first valve seat is therefore always closed (English term: normally closed). As a result, the diaphragm valve always assumes a defined state. The diaphragm valve can thus be controlled reliably and precisely. In addition, the valve actuator can be designed as a single-acting actuator in this context, i. H. as a valve actuator which has a total of only one pressure chamber, via which the piston can only be actively moved in a single direction. In the present case, this direction is the opening direction. Single-acting valve actuators are simple and compact in structure and reliable in operation. In addition, they only need a single supply connection.

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.It is of course also conceivable to design the valve actuator as a double-acting actuator. The valve actuator can then be actively moved in two opposite actuation directions oriented along its effective direction. The valve actuator is then preferably coupled bidirectionally to the actuating element, i. H. he can move it in two directions.

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.In a variant, a second valve seat is provided which can be optionally closed and opened by means of the membrane. The second valve seat is separate from the first valve seat. The diaphragm valve can therefore be designed as a 2/2-way valve or 3/2-way valve, which results in a wide range of applications.

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.The actuating element is preferably a two-armed lever, a first lever arm being designed to press the membrane onto the first valve seat and a second lever arm being designed to press the membrane onto the second valve seat. Such an actuating element is simple and compact in structure. It is also robust and reliable in operation. The result is a long service life and low maintenance costs for the associated diaphragm valve.

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.According to one embodiment, the first lever arm and the second lever arm lie essentially flat on the membrane. The membrane can thus be placed reliably against the first or the second valve seat. In this context, only comparatively low shear forces are introduced into the membrane. In addition, local load peaks are avoided by the extensive system. The membrane is therefore only slightly mechanically stressed, which results in a long service life of the membrane and thus of the membrane valve.

Das Betätigungselement kann in dieser Konfiguration auch als Wippe bezeichnet werden.In this configuration, the actuating element can also be referred to as a rocker.

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.The actuating element can be designed in such a way that either the first valve seat or the second valve seat can be closed at a given point in time. The geometry of the actuating element then precludes closing both valve seats at the same time, which is an undesirable switching state, for example. This results in robust and reliable operation of the diaphragm valve.

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.In an alternative, the valve actuator acts on the first lever arm. In particular, a piston rod attached to the piston acts on the first lever arm for this purpose. The piston rod can bear against the first lever arm in such a way that it can only transmit a compressive force to the first lever arm. The first lever arm and the valve actuator are therefore not coupled in a pulling direction of the fan. Due to the above-mentioned arrangement of the pressure chamber, any pressure peaks that may occur in the pressure supply of the fan cannot be introduced into the first lever arm and thus into the membrane. The membrane has a long service life.

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.According to a variant, the actuating element is pretensioned in an opening direction assigned to the first valve seat. In particular, the actuating element is spring-loaded in the opening direction assigned to the first valve seat. In the event that the actuating element is designed such that either the first valve seat or the second valve seat can be closed at a given point in time, this is synonymous with the actuating element being preloaded in the closing direction assigned to the second valve seat. Consequently, the actuating element always assumes a defined position. This is also the case if, for example, the valve actuator is dismantled for maintenance work. Overall, the diaphragm valve can be operated reliably in this way.

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.It can be provided that a first pretensioning force, by means of which the valve actuator is pretensioned in the closing direction assigned to the first valve seat, is greater than a second pretensioning force, by means of which the actuating element is pretensioned in an opening direction assigned to the first valve seat. In particular, the first prestressing force is at least twice as great as the second prestressing force. In a preferred embodiment, the first prestressing force is three times as great as the second prestressing force. The ratio of the pre-tensioning forces is therefore 3: 1. As a result, the components of the diaphragm valve always assume a defined position even when the two aforementioned pretensioning devices are provided. Strictly speaking, when such a diaphragm valve is in operation, actuation of the valve actuator merely releases the actuation element. It is therefore not actively moved by the valve actuator, but rather by a prestressing force resulting from the interaction of the two prestresses. Since such pretensioning forces can be limited in a structurally simple manner, a force acting on the membrane can also be limited in a simple manner. In this way, in particular, undesired force peaks on the membrane are reliably avoided, resulting in a long service life of the same.

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.The membrane can fluidically separate the actuating element and / or the valve actuator from a fluid-conducting region of the membrane valve. The membrane thus also serves to protect the actuating element and / or the valve actuator from the undesired influence of fluids. In other words, the membrane serves to seal the actuating element and / or the fan from an environment. The membrane fulfills these functions in addition to its function as a valve element. Changes to the membrane and / or additional components are not necessary for this, so that a compact and simple structure of the membrane valve results.

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.The diaphragm valve can also have a multi-part valve housing. In particular, such a multi-part valve housing comprises a valve actuator housing in which the valve actuator is arranged, an actuating element housing in which the actuating element is arranged, and a fluid housing in which at least the first valve seat is arranged. The valve housing can therefore be constructed in three parts. Alternatively, the valve housing is constructed in two parts. Starting from the three-part valve housing, either the valve actuator housing and the actuating element housing or the actuating element housing and the fluid housing are then combined into a single, coherent housing. The individual housings are each separate components. As a result, the valve housing can be produced simply and inexpensively. In particular, its multi-part design avoids undercuts and / or cavities that are difficult to produce. In addition, a multi-part valve housing, which in particular has a valve actuator housing, an actuating element housing and a fluid housing, has the effect that the diaphragm valve can be preassembled in several subassemblies each comprising one of these housings. This results in an efficient and quick assembly of the diaphragm valve.

Die einzelnen Gehäuse können miteinander formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere können die einzelnen Gehäuse miteinander verschraubt, verklebt oder verhakt sein.The individual housings can be positively or materially connected to one another. In particular, the individual housings can be screwed, glued or hooked together.

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.Furthermore, the multi-part construction of the valve housing can be used to easily adapt the diaphragm valve to different uses. In particular, by replacing the fluid housing, a 3/2-way valve or a 2/2-way valve can be created without the other components having to be changed.

Die Membran ist vorzugsweise zwischen dem Fluidgehäuse und dem Betätigungselementgehäuse eingespannt.The membrane is preferably clamped between the fluid housing and the actuating element housing.

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.The diaphragm valve is preferably equipped with a supply connection for supplying pressure media to the valve actuator, a central axis of the supply connection running perpendicularly or at an acute angle with respect to the direction of action of the valve actuator. It is thereby achieved that the diaphragm valve has a compact overall design. In addition, the supply connection can be arranged in such a way that it is easily accessible even when the diaphragm valve is installed.

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.In an installed position of the diaphragm valve, the direction of action preferably runs vertically, the pressure chamber being arranged below the piston. In this installation position, gravity supports the function of the diaphragm valve. This makes it comparatively efficient in operation.

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.

The invention is explained below using an exemplary embodiment which is shown in the accompanying drawings. Show it:

- 1 a diaphragm valve according to the invention in a sectional view and
- 2 the diaphragm valve off 1 in an exploded view.

Die 1 zeigt ein Membranventil 10, das in der dargestellten Ausführungsform als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist.the 1 shows a diaphragm valve 10 , which is designed as a 3/2-way valve in the illustrated embodiment.

Es ist in der 1 in Einbaulage dargestellt.It's in the 1 shown in installation position.

Das Membranventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 12 mit einem ersten Fluidanschluss 14, einem zweiten Fluidanschluss 16 und einem dritten Fluidanschluss 18.The diaphragm valve 10 includes a valve housing 12th with a first fluid connection 14th , a second fluid connection 16 and a third fluid connection 18th .

Dabei ist der erste Fluidanschluss 14 mit einem ersten Ventilsitz 20 ausgestattet und der zweite Fluidanschluss 16 mit einem zweiten Ventilsitz 22.The first fluid connection is here 14th with a first valve seat 20th equipped and the second fluid connection 16 with a second valve seat 22nd .

Beispielsweise stellen in diesem Zusammenhang der erste Fluidanschluss 14 und der zweite Fluidanschluss 16 Fluidauslässe dar und der dritte Fluidanschluss 18 einen Fluideinlass.For example, the first fluid connection in this context 14th and the second fluid port 16 Fluid outlets and the third fluid connection 18th a fluid inlet.

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.There is also a membrane 24 provided, by means of which the first valve seat 20th and the second valve seat 22nd can optionally be closed and opened. The membrane 24 thus acts as a valve element of the diaphragm valve 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.To operate the diaphragm valve 10 a pneumatic valve actuator is used 26th . This includes a pneumatic pressure chamber 28 and one along a direction of action 30th of the valve actuator 26th displaceable piston 32 who is the pressure chamber 28 limited.

Zu diesem Zweck ist auch eine Kolbendichtung 34 am Kolben 32 angeordnet, die diesen gegenüber dem Ventilgehäuse 12 abdichtet.A piston seal is also provided for this purpose 34 on the piston 32 arranged that these opposite the valve housing 12th seals.

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.To operate the membrane 24 is also a piston rod 36 one piece on the piston 32 arranged. The piston rod 36 is in turn via a piston rod seal 38 opposite the valve body 12th sealed, in which they have a sealing cover 39 is held.

Innerhalb des pneumatischen Ventilaktors 26 ist die Druckkammer 28 auf einer dem ersten Ventilsitz 20 zugewandten Seite des Kolbens 32 angeordnet.Inside the pneumatic valve actuator 26th is the pressure chamber 28 on one of the first valve seat 20th facing side of the piston 32 arranged.

In der in 1 dargestellten Einbaulage ist die Druckkammer 28 also unterhalb des Kolbens 32 positioniert. Zudem verläuft die Wirkrichtung 30 senkrecht.In the in 1 The installation position shown is the pressure chamber 28 so below the piston 32 positioned. In addition, the direction of action runs 30th perpendicular.

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.The pressure chamber 28 is via a supply connection 40 with a pressure medium, in the example shown compressed air, supplied. A central axis runs here 42 of the supply connection 40 at an acute angle to the direction of action 30th .

Der Ventilaktor 26 ist zudem in eine dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Schließrichtung vorgespannt, die durch den Pfeil S symbolisiert ist.The valve actuator 26th is also in the first valve seat 20th associated closing direction, which is symbolized by the arrow S biased.

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.The valve actuator is used for this 26th , more precisely the piston 32 , by means of a spring 44 applied. This is between the piston 32 and a threaded plug 46 arranged in the valve housing 12th is screwed in and in this way an actuator bore 48 , in which both the pressure chamber 28 as well as the piston 32 are arranged, closes.

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.The piston acts here 32 , more precisely the piston rod 36 , not directly on the membrane 24 , but about a pivot axis 49 pivotable actuating element 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.This is designed as a two-armed lever, with a first lever arm 50a is designed for this purpose, the membrane 24 on the first valve seat 20th to push, and a second lever arm 50b is designed for this purpose, the membrane 24 on the second valve seat 22nd to press.

Der Ventilaktor 26 wirkt mit seiner Kolbenstange 36 auf den ersten Hebelarm 50a.The valve actuator 26th works with its piston rod 36 on the first lever arm 50a .

Dabei liegen die beiden Hebelarme 50a, 50b im Wesentlichen flächig an der Membran 24 an.The two lever arms are located here 50a , 50b essentially flat on the membrane 24 at.

Darüber hinaus ist das Betätigungselement 50 derart ausgebildet, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder der erste Ventilsitz 20 oder der zweite Ventilsitz verschlossen sind.In addition, the actuator 50 designed such that at a given point in time either the first valve seat 20th or the second valve seat is closed.

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.The pivot axis is used for this purpose 49 with some distance from one through the valve seats 20th , 22nd positioned on the spanned plane. In addition, one is the valve seats 20th , 22nd facing side of the actuating element 50 composed of two surface sections that enclose an obtuse angle. Each of the surface sections is one of the valve seats 20th , 22nd assigned.

Auch das Betätigungselement 50 ist vorgespannt.Also the actuator 50 is pre-stressed.

Dies erfolgt in eine dem ersten Ventilsitz 20 zugeordnete Öffnungsrichtung, die durch den Pfeil O symbolisiert ist.This takes place in one of the first valve seats 20th associated opening direction, which is symbolized by the arrow O.

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.There is a spring for this 52 provided with a first end on the second lever arm 50b attacks and with a second, opposite end on a system component 54 is positioned, which is fixed in the valve housing 12th is stored.

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.In this context it results from the spring 44 a first pretensioning force by means of which the valve actuator 26th into the first valve seat 20th associated closing direction S is biased, and from the spring 52 a second biasing force by means of which the actuating element 50 into the first valve seat 20th associated opening direction O is biased.

Dabei ist die erste Vorspannkraft mindestens doppelt so groß wie die zweite Vorspannkraft.The first prestressing force is at least twice as great as the second prestressing force.

In der dargestellten Ausführungsform ist das Ventilgehäuse 12 mehrteilig ausgeführt.In the embodiment shown, the valve housing is 12th executed in several parts.

Es umfasst dabei ein Ventilaktorgehäuse 12a, in dem der Ventilaktor 26 angeordnet ist.It includes a valve actuator housing 12a in which the valve actuator 26th is arranged.

Darüber hinaus weist das Ventilgehäuse 12 ein Betätigungselementgehäuse 12b auf, in dem das Betätigungselement 50 angeordnet ist.In addition, the valve housing 12th an actuator housing 12b on in which the actuator 50 is arranged.

Ferner ist ein Fluidgehäuse 12c vorgesehen, in dem der erste Ventilsitz 20 und der zweite Ventilsitz 22 angeordnet sind.There is also a fluid housing 12c provided in which the first valve seat 20th and the second valve seat 22nd are arranged.

Das Fluidgehäuse 12c, das Betätigungselementgehäuse 12b und das Ventilaktorgehäuse 12a sind in der dargestellten Ausführungsform mittels zweier Schrauben 56a, 56b verbunden (siehe 2).The fluid housing 12c , the actuator housing 12b and the valve actuator housing 12a are in the illustrated embodiment by means of two screws 56a , 56b connected (see 2 ).

Dabei ist es selbstverständlich auch denkbar, die Gehäuse 12a, 12b, 12c anderweitig miteinander zu verbinden, beispielsweise über Klebungen.It is of course also conceivable that the housing 12a , 12b , 12c to be connected to one another in some other way, for example by means of gluing.

Die Membran 24 ist zwischen dem Fluidgehäuse 12c und dem Betätigungselementgehäuse 12b eingespannt.The membrane 24 is between the fluid housing 12c and the actuator housing 12b clamped.

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.The membrane is used for this 24 in addition to its function as a valve element, it also serves as the valve actuator 26th and the actuator 50 fluidically compared to a fluid-conducting area 58 of the diaphragm valve 10 to separate.

Das Betätigungselement 50 und der Ventilaktor 26 kommen also nicht mit demjenigen Fluid in Kontakt, das mittels des Membranventils 10 geschaltet wird.The actuator 50 and the valve actuator 26th so do not come into contact with the fluid that is released by means of the diaphragm valve 10 is switched.

Im Betrieb kann das Membranventil 10, das ja als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, zwei Stellungen einnehmen.During operation, the diaphragm valve 10 , which is designed as a 3/2-way valve, occupy two positions.

Eine erste Ventilstellung ist in 1 dargestellt.A first valve position is in 1 shown.

Dabei ist der Ventilaktor 26 nicht betätigt, das heißt die Druckkammer 28 ist nicht mit Druck beaufschlagt.Here is the valve actuator 26th not actuated, i.e. the pressure chamber 28 is not pressurized.

In diesem Zustand werden also der Kolben 32 und die Kolbenstange 36 durch die Feder 44 in Schließrichtung S des ersten Ventilsitzes 20 beaufschlagt.So in this state the piston 32 and the piston rod 36 by the pen 44 in the closing direction S of the first valve seat 20th applied.

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.The actuator 50 is therefore by means of the piston rod 36 pivoted so that the membrane 24 over the first lever arm 50a to the first valve seat 20th is created.

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.The spring acts on this movement 52 opposite. However, it is penned 52 resulting preload force is only half that of the spring 44 resulting preload force. In this respect, the action on the actuating element changes 50 with the pen 52 not the position of the actuator 50 , provided that the valve actuator is at the same time 26th is not actuated.

Wenn das Membranventil 10 in eine zweite Ventilstellung überführt werden soll, wird die Druckkammer 28 über den Versorgungsanschluss 40 mit Druckluft beaufschlagt.When the diaphragm valve 10 is to be transferred to a second valve position, the pressure chamber 28 via the supply connection 40 pressurized with compressed air.

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.The pressure must be so great that the spring 44 resulting preload force is overcome and the piston moves upwards, the spring 44 is compressed. The piston 32 and the piston rod 36 are therefore in the opening direction O of the first valve seat 20th emotional.

Dabei wird die Kolbenstange 36 jedoch nicht vom ersten Hebelarm 50a abgehoben, da das Betätigungselement 50 durch die Feder 52 beaufschlagt ist.Thereby the piston rod 36 but not from the first lever arm 50a lifted off as the actuator 50 by the pen 52 is applied.

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.The actuator 50 is therefore pivoted so that the first valve seat 20th opens and the second valve seat 22nd via the second lever arm 50b and the membrane 24 is closed. The associated closing force essentially corresponds to that from the spring 52 resulting preload force.

Um ausgehend hiervon das Ventil wieder in seine erste Ventilstellung zu überführen, wird die Druckkammer 28 druckentlastet.In order to move the valve back into its first valve position based on this, the pressure chamber 28 pressure relieved.

Als Folge davon wird der Kolben 32 durch die aus der Feder 44 resultierende Vorspannkraft wieder nach unten bewegt.As a result, the piston will 32 through the penned 44 resulting preload force is moved back down.

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.It can be seen that at the supply connection 40 and / or in the pressure chamber 28 occurring pressure peaks can only lead to the piston 32 in 1 upwards, i.e. from the membrane 24 is moved away. As a result, pressure peaks can in principle occur in the pressure chamber 28 no unwanted damage to the membrane 24 entail.

Claims

Diaphragm valve (10) with a pneumatic valve actuator (26) which has a pressure chamber (28) and a piston (32) that delimits the pressure chamber (28) and is mounted displaceably along an effective direction (30) of the valve actuator (26), and one as a valve element acting membrane (24), by means of which a first valve seat (20) can be optionally closed and opened, characterized in that the pneumatic valve actuator (26) interacts with the membrane (24) via a pivotably mounted actuating element (50) and the pressure chamber ( 28) is arranged on a side of the piston (32) facing the first valve seat (20).

Diaphragm valve (10) Claim 1 , characterized in that the valve actuator (26) is preloaded in a closing direction (S) assigned to the first valve seat (20), in particular wherein the valve actuator (26) is spring-loaded in the closing direction (S).

Diaphragm valve (10) Claim 1 or 2 , characterized in that a second valve seat (22) is provided which can be optionally closed and opened by means of the membrane (24).

Diaphragm valve (10) Claim 3 , characterized in that the actuating element (50) is a two-armed lever, a first lever arm (50a) being designed to press the membrane (24) onto the first valve seat (20), and a second lever arm (50b) being designed to do so is to press the membrane (24) onto the second valve seat (22).

Diaphragm valve (10) Claim 4 , characterized in that the first lever arm (50a) and the second lever arm (50b) lie essentially flat on the membrane (24).

Diaphragm valve (10) Claim 4 or 5 , characterized in that the actuating element (50) is designed such that to a given time, either the first valve seat (20) or the second valve seat (22) can be closed.

Diaphragm valve (10) according to one of the Claims 4 until 6th , characterized in that the valve actuator (26) acts on the first lever arm (50a).

Membrane valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating element (50) is preloaded in an opening direction (O) assigned to the first valve seat (20), in particular spring-loaded in the opening direction (O) assigned to the first valve seat (20) is.

Diaphragm valve (10) Claim 2 and Claim 8 , characterized in that a first prestressing force, by means of which the valve actuator (26) is prestressed in the closing direction (S) assigned to the first valve seat (20), is greater than a second prestressing force, by means of which the actuating element (50) is in one of the first Valve seat (20) associated opening direction (O) is prestressed, in particular wherein the first prestressing force is at least twice as great as the second prestressing force.

Diaphragm valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm (24) fluidically separates the actuating element (50) and / or the valve actuator (26) from a fluid-conducting region (58) of the diaphragm valve (10).

Diaphragm valve (10) according to one of the preceding claims, characterized by a multi-part valve housing (12), in particular with a valve actuator housing (12a) in which the valve actuator (26) is arranged, an actuating element housing (12b) in which the actuating element (50) is arranged, and a fluid housing (12c) in which at least the first valve seat (20) is arranged.

Membrane valve (10) according to one of the preceding claims, characterized by a supply connection (40) for supplying pressure media to the valve actuator (26), a central axis (42) of the supply connection (40) being perpendicular or in the direction of action (30) of the valve actuator (26) runs at an acute angle.

Membrane valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in an installation position of the membrane valve (10) the direction of action (30) runs vertically, the pressure chamber (28) being arranged below the piston (32).