Membranventil: Detaillierte Übersicht und Auswahlhilfe

Membranventile sind Regelventile, die den Durchfluss von Medien zulassen, sperren oder drosseln können. Sie sind so konstruiert, dass sie Flüssigkeiten mit Feststoffpartikeln (z. B. Schlämme) handhaben können, und sie eignen sich auch für Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen (z. B. in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmazie). Dieser Artikel gibt einen vollständigen Überblick über Membranventile, um die Auswahl für eine bestimmte Anwendung zu erleichtern.

Inhaltsübersicht

• Was ist ein Membranventil?
• Design
• Funktionsprinzip
• Typen
• Materialien
• Leitfaden zur Auswahl
• Vorteile und Nachteile
• FAQs

Was ist ein Membranventil?

Ein Membranventil steuert den Mediendurchfluss mithilfe einer flexiblen Membran, die sich auf und ab bewegt, um den Durchfluss zu ermöglichen oder zu blockieren. Membranventile können auch Flüssigkeiten drosseln und so deren Durchflussmenge steuern. Diese Ventile können manuell, elektronisch oder pneumatisch betätigt werden. Die relativ einfache Konstruktion eines Membranventils verhindert die Ansammlung von Partikeln (z. B. Schlamm) in der Flüssigkeit, so dass Membranventile nicht so leicht verstopfen. Daher sind Membranventile besonders für schlammige Medien geeignet.

Design

Wie in Abbildung 2 dargestellt, besteht ein Membranventil aus den folgenden Hauptbestandteilen:

• Betätigungselement (A): Ein manuelles Membranventil wird mit einem Handrad betätigt. Anstelle des Handrads können pneumatische und elektronische Stellantriebe verwendet werden.
• Stiel (B): Die Spindel verbindet den Antrieb mit dem Kompressor. Der Stellantrieb bewegt die Spindel auf und ab, wodurch der Kompressor auf und ab bewegt wird.
• Kompressor (C): Der Kompressor ist scheibenförmig. Es verbindet die Spindel mit der Membran und verteilt die Kraft der Spindel, um die Drosselung und Steuerung zu verbessern.
• Diaphragma (D): Die Membran ist eine Gummischeibe, die sich hebt, um den Durchfluss zu ermöglichen, und sich zum Ventilsitz senkt, um den Durchfluss zu blockieren.
• Motorhaube (E): Die Motorhaube wird auf das Ventilgehäuse geschraubt. Sie schützt die Ventilspindel und die Packung vor der Umwelt. Bei ordnungsgemäß funktionierenden Membranventilen interagieren die Ventilklappen nicht mit dem Medium.
• Ventilgehäuse (F): Das durch das Ventil fließende Medium wird durch das Ventilgehäuse geleitet. Das Volumen des Ventilgehäuses bestimmt die Durchflussmenge des Ventils, wenn es vollständig geöffnet ist.

Funktionsprinzip

Ein Membranventil verwendet eine Elastomer- oder Kunststoffmembran, um den Durchfluss durch das Ventil zu steuern. Membranventile sind Drehventile, d. h. die Spindel muss sich um mehr als 360° drehen, damit sich das Ventil vollständig öffnen oder schließen kann. Bei Betätigung bewegt sich die Membran auf den Ventilsitz zu oder von ihm weg. Der Betrag, um den die Membran vom Sitz abgehoben wird, steuert die Durchflussmenge. Wenn sich die Membran schließt, drücken ihre Ränder gegen die Kanten des Ventilsitzes, und der Rest der Membran verformt sich. Wenn sich die Membran verformt, passt sie sich perfekt an die Unterseite des Ventilsitzes an und sorgt für eine dichte Abdichtung.

Typen

Membranventile gibt es in zwei Haupttypen: Wehrmembranventile und Membranventile mit geradem/vollem Anschluss.

Wehr-Membranventile

Membranventile mit Wehr haben einen erhöhten Steg (Wehr) in der Mitte des Ventilkörpers. Die Membrane drückt gegen den Steg und bildet so eine Dichtung. Durch diesen Steg ist der Weg des Ventils bis zum vollständigen Schließen kürzer, wodurch die Membran weniger belastet wird. Dieses Membranventil eignet sich für die Regelung kleiner Durchflussmengen (Vakuum) und großer Durchflussmengen. Ein Nachteil ist der erhöhte Druckabfall über das Ventil.

Vollanschluss-Membranventil

Bei Membranventilen mit vollem Durchgang dichtet die Membran auf dem Boden des Ventilsitzes ab. Kein Wehr behindert den Durchfluss. Daher gibt es einen geringeren Druckabfall bei Membranventilen mit vollem Durchgang. Diese Ventile eignen sich besser für Anwendungen mit hohen Durchflussraten. Ein Nachteil ist der höhere Verschleiß der Membrane durch den Dichtungsvorgang.

Materialien

Membranventile gibt es in verschiedenen Materialien, so dass sie für zahlreiche Anwendungen geeignet sind. Da das Ventilgehäuse und der Membranwerkstoff mit dem Medium in Berührung kommen, ist es wichtig, mehr über die Materialbeständigkeit zu erfahren, die in unserem Leitfaden zur chemischen Beständigkeit von Werkstoffen beschrieben wird.

Werkstoffe für das Ventilgehäuse

Typische Materialien für das Ventilgehäuse sind PVC, Edelstahl, Messing, Bronze und Gusseisen. Das Material sollte der Umgebung und den Medien, die es durchströmen, standhalten. So wird beispielsweise für Anwendungen, die sterile Bedingungen erfordern (z. B. Lebensmittel und Getränke), in der Regel rostfreier Stahl verwendet.

Materialien der Membranen

Das Material der Membrane ist flexibel, damit das Ventil richtig funktionieren kann. Die für die Membran verfügbaren Werkstoffe begrenzen die Höchsttemperatur, bei der das Ventil arbeiten kann.

• EPDM: EPDM ist korrosionsbeständig und verträgt sich mit Alkalien und Alkoholen. Es ist nicht für Erdölprodukte geeignet. Dieses Material funktioniert zwischen -6 °C und 110 °C (-20 °F bis 230 °F).
• PTFE: PTFE-Membranen sind außerdem sehr korrosionsbeständig und haben einen viel größeren Temperaturbereich: -184 °C bis 1650 °C (-300 °F bis 3000 °F).
• Butylkautschuk: Butylkautschukmembranen sind nicht so gasdurchlässig. Dadurch eignen sie sich besser für Anwendungen in gasförmigen Medien. Ihr Temperaturbereich reicht von -20 °C bis 120 °C (-4 °F bis 248 °F).
• Nitrilkautschuk: Membranen aus Nitrilkautschuk eignen sich für Anwendungen mit Medien auf Erdölbasis. Ihr Temperaturbereich ist -25 °C bis 56 °C (-40 °F bis 134 °F).

Leitfaden zur Auswahl

Um sicherzustellen, dass das Membranventil eine optimale Leistung, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aufweist, sollten Sie die folgenden Kriterien beachten:

1. Medien: Machen Sie sich mit der Korrosivität des Mediums vertraut, um zu bestimmen, welches Material für das Ventilgehäuse und die Membran zu wählen ist.
2. Temperatur: Vergewissern Sie sich, dass das Material der Membrane den Mindest- und Höchsttemperaturen der Anwendung standhält.
3. Durchflussmenge: Wählen Sie eine Ventilgröße und -bauart, die die für die Anwendung gewünschte Durchflussmenge liefern kann.
4. Körper
   1. Komplette Bohrung Geringer Druckverlust und bessere Handhabung von Schlämmen und viskosen Flüssigkeiten.
   2. Wehren: Präzisere Durchflusskontrolle.
5. Betätigung
   1. Handbuch Kostengünstige und direkte Kontrolle der Membranposition.
   2. Pneumatisch Benötigt Druckluft und bietet eine schnelle Reaktionszeit.
   3. Elektrisch Benötigt Strom und bietet eine sehr hohe Präzision.

Vorteile und Nachteile

Membranventile haben mehrere Vor- und Nachteile.

Vorteile

• Leckfrei: Die Membran schützt einen großen Teil des Ventils vor dem Medium, so dass Stopfbuchsen und Stopfbuchsen an der Spindel nicht erforderlich sind. Wenn die Membrane nicht bricht, tritt die Leckage nur an den Anschlussstellen und nicht durch die Spindel auf.
• Kontrolle der Kontamination: Medien, die durch das Ventil fließen, interagieren nur mit dem Ventilkörper und der Membran, so dass eine bessere Kontrolle über die Materialauswahl zur Vermeidung von Verunreinigungen möglich ist.
• Durchflusskontrolle: Membranventile haben hervorragende Durchflussregelungseigenschaften über einen großen Bereich von Durchflussraten.
• Aggressive Medien: Membranventile sind besonders für korrosive, viskose und abrasive Medien geeignet. Sie arbeiten gut mit Schlämmen.
• Einfache Wartung: Die Membrane kann aus dem Ventilgehäuse entfernt werden, ohne das Ventil vom System zu trennen. Dies ist von Vorteil, wenn die Membrane ausgetauscht werden muss.

Benachteiligungen

• Druck- und Temperaturgrenzen: Die meisten Membranwerkstoffe haben begrenzte Druck- und Temperaturbereiche, die die Gesamtleistung des Ventils bestimmen.
• Austausch der Membrane: Die Membran des Ventils ist relativ verschleißanfällig und muss häufiger gewartet werden als bei anderen Ventiltypen.
• Langsamere Betätigung: Da es sich um Drehventile handelt, haben Membranventile eine langsamere Reaktionszeit als andere Ventiltypen, wie z. B. Kugelventile und Absperrklappen.

FAQs

Wo werden Membranventile eingesetzt?

Membranventile können Flüssigkeiten mit festen Partikeln handhaben. Sie werden auch in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet. Es gibt kaum Wechselwirkungen zwischen den Medien und den Ventilkomponenten.

Wie funktioniert ein Membranventil?

Durch die Betätigung des Ventils wird die Membrane angehoben oder abgesenkt. Der angehobene Betrag bestimmt die Durchflussmenge. Die Membrane dichtet den Ventilsitz ab und schließt das Ventil.