Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für einen Hahn, zur Steuerung der Durchflussrate eines Fluidums von einem Einlass zu einem Auslass.
SolcheVentile findenVevendung in Hahnen für Küchenspül tröge oder Waschbecken und dergleichen, für die Abgabe von Heiss- oder Kaltwasser. Bei Verwendung zweiter solcher Ventile in einem Hahn kann das getrennt zugeführte Heiss- und Kaltwasser in herkömmlicher Weise von einer Bedienungsperson gemischt werden, und das gemischte Wasser kann aus dem Hahn fliessen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Steuerventil, welches eine relativ kleine Einheit mit neuen Merkmalen bildet und andererseits bessere Betriebseigenschaften aufweist. Dieses Steuerventil erleichtert nicht nur den Betrieb und die Instandhaltung, sondern weist auch eine längere Lebensdauer auf, besonders im Vergleich mit herkömmlichen Arten von Ventilen für Spültröge oder Waschbecken. Herkömmliche Ventile weisen über einem stationären Ventilsitz angeordnete, senkrecht bewegbare, gummiähnliche Dichtungsscheiben auf, die zu diesem hin und von diesem weg bewegbar sind. Solche Ventile finden seit Jahrzehnten Anwendung in gebräuchlichen Hahnen als Installationsarmaturen zur Regulierung des Wasserflusses bei Spültrögen oder Waschbecken.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite keramische Scheibe vorgesehen sind, die zur Bildung einer gemeinsamen Grenzfläche in engem Kontakt zueinander stehen, dass jede der Scheiben eine Anzahl sich durch die Scheibe hindurch erstreckender Öffnungen aufweist, so dass, wenn die Öffnungen der beiden Scheiben miteinander in Deckung sind, das Fluidum nacheinander durch Öffnungen vom Einlass zum Auslass fliesst, und dass, wenn die Öffnungen voneinander weg verschoben sind, der Fluidumfluss unterbrochen ist, dass Mittel vorgesehen sind, die die erste Scheibe dauernd stationär halten, so dass sie nicht drehbar ist, dass Mittel vorgesehen sind, um die zweite Scheibe um eine Achse senkrecht zur Grenzfläche zu drehen, ohne dass zwischen den Scheiben ein Zwischenraum gebildet wird, dass die Mittel zur Drehung eine Klammer mit einer Anzahl von Greifern aufweisen,
die peripher gegen die zweiten Scheibe gehalten werden, so dass, wenn die Klammer gedreht wird, die zweite Scheibe mitgedreht wird, um die Positionen der Öffnungen in der zweiten Scheibe mit Bezug auf die entsprechenden Öffnungen in der ersten Scheibe zu verändern.
Die Durchflussrate kann durch die Drehregulierung der drehbaren Scheiben leicht von Hand auf irgend einen Zwischenwert eingestellt werden.
Die Scheiben können je eine gemeinsame, zentrale Öffnung aufweisen, durch welche ein von Hand drehbarer Schaft eingesetzt ist, um die Durchflussrate durch das Ventil zu steuern.
Durch den drehbaren Schaft, wie noch dargelegt wird, kann die untere Scheibe, ohne die Stellung der oberen zu verändern, gedreht werden. Die untere Scheibe dreht sich dabei immer in einem Winkel entsprechend der Winkeldrehung des drehbaren Schaftes.
Das untere Ende des drehbaren Schaftes kann mit einem Mitnehmer versehen sein, welcher mechanisch mit einer Klammer gekuppelt ist und durch diese gehalten wird. Diese Klammer kann Greifer aufweisen, welche fest in die periphere Region der unteren, drehbaren Keramikscheibe greifen. Der Mitnehmer ist vorteilhaft in eine Öffnung der Klammer eingesetzt, welche Öffnung entsprechend der Formgebung des Querschnittes des Mitnehmers geformt ist, so dass der Mitnehmer in die Klammer eingesteckt und diese mit dem unteren Abschnitt des Schaftes verbunden ist. Daher bewirkt jede Drehbewegung des Schaftes nicht nur, dass sich der Mitnehmer über einen entsprechenden Winkel mitdreht und dabei die Klammer um einen gleichen Winkel mitführt, sondern auch, dass die untere Keramikscheibe gleichermassen um die eigene Achse gedreht wird.
Gleichermassen verändern die Öffnungen der unteren oder Drehkeramikscheibe ihre relativen Stellungen mit Bezug auf die Öffnungen in der oberen oder fixierten Keramikscheibe. Obwohl nur der Schaft gedreht wird, drehen sich um ein Gleiches die Klammer und die untere Keramik- scheibe mit. Dadurch verändert sich wahlweise die Durchflussrate durch die hintereinander angeordneten Öffnungen der zwei Scheiben, ohne dass sich die Scheiben voneinander trennen.
Es kann eine Klammer am unteren Ende des Schaftes verwendet werden, welche die zwei Keramikscheiben trägt. Diese Klammer ist vorteilhaft aus einem federnden Material hergestellt, wie beispielsweise rostfreier Stahl oder Phosphorbronze, so dass die Klammer einen fortwährenden Druck aufwärts gegen die untere Scheibe ausübt, um sie andauernd in Kontakt mit der angrenzenden oberen Scheibe zu halten und ein Lekken zwischen den Scheiben zu verhindern. Die Oberflächen der Scheiben, die in andauerndem Kontakt miteinander stehen, sind hart und sehr flach und ergeben eine lecksichere Abdichtung durch dauernde Anhaftung der benachbarten, flachen Kontaktoberflächen aneinander.
Die Glätte der Oberflächen solcher Scheiben reduziert die Reibung zwischen den Scheiben auf ein Minimum.
Es ist von Vorteil, dass keine Gummi- oder andere elastomere Teile an den Durchlassöffnungen beider Scheiben verwendet werden müssen. Durch das Absperren aller Durchflusswege durch keramische Oberflächen wird auch kein temperatur- oder andersweitig bedingtes Ausdehnen oder Zusammenziehen stattfinden, wie bei irgendwelchen solchen elastomeren Teilen. Es ist bekannt, dass solche elastomere Teile sich leicht ausdehnen oder zusammenziehen bei einer Temperaturerhöhung, bzw. -rückgang, durch das Wasser oder in anderer Weise verursacht. Irgend ein solcher Temperaturwechsel schliesst zwangsläufig eine bedeutende, unerwartete und unerwünschte Veränderung der Wasserdurchflussrate mit ein. Solche Wechsel können sich in vielen Fällen unangenehm auswirken. Diese Arten von Betriebsstörungen werden durch die vorliegende Erfindung vollständig beseitigt.
Der sogenannte nicht-hebende Drehschaft dient der Verhinderung jeglicher vertikaler Verschiebung jeder der Keramikscheiben. Die vertikal sich nicht verändernde Position der Scheiben ist von ganz besonderer Bedeutung. Deshalb ist hier kein Spiel eines Gewindeschafts anzutreffen, welches im allgemeinen in herkömmlichen Hahnventilen angetroffen wird und welches bei der Beibehaltung einer vorgewählten konstanten Durchflussmenge von Wasser durch den Hahn Schwierigkeiten verursacht.
Jede der zwei Keramikscheiben kann mit einer Anzahl von Durchlassöffnungen, beispielsweise drei, versehen sein. Daher ist der Fluss eines Fluidums durch das Ventil im vorliegenden Ausführungsbeispiel in drei Durchgänge unterteilt. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Öffnungen wird ein ruhigerer Betrieb erreicht, ohne dass die gewählte Gesamtdurchflussrate des Fluidums erhöht werden müsste.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können zwei (oder mehr) Drahtgitter koaxial um den Schaft angeordnet und gehalten werden. Sie können zwischen der oberen Keramikscheibe und dem Auslaufstutzen, durch welchen sich das (in den Hahn) einfliessende Wasser entleert, angeordnet sein. Diese Drahtgitter dienen einer bedeutenden Abschwächung des relativ hohen Geräuschpegels, der den meisten herkömmlichen Ventilmechanismen eigen ist. Solche Drahtgitter können in einer selbstreinigenden Lage angeordnet sein, sehen jedoch für den Fall, dass sie verstopfen sollten, einen Alternativweg für den Wasserfluss vor, so dass keine Unterbrechung desselben entsteht.
Der drehbare Schaft, die Keramikscheiben und die Klam mer können in einem Ventilkörper angeordnet sein und so eine Einheit bilden. Diese kann in der Fabrik zusammengestellt werden und auch als Einheit verkauft und transportiert werden. Sie kann schneller und leichter an einem Spültrog oder Waschbecken oder in einer anderen Vorrichtung installiert werden und ebenso so schnell und leicht zu einer Reparatur oder zum Ersatz entfernt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun näher beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Explosionsansicht des Aufbaues der Teile einer Ventileinheit längs einer Gewindehülse, welche die Einheit umschliesst,
Fig. 2 eine Ansicht einer Mischbatterie, die mit Ventilen für Heiss- und Kaltwasser ausgerüstet ist, wobei das eine Ventil gemäss der Erfindung im Längsschnitt zur Aufzeigung der Hauptteile dargestellt ist,
Fig. 3 eine Vorderansicht im Schnitt der Hauptanordnung des Aufbaues der Erfindung,
Fig. 4 eine Draufsicht der Unterseite des keramischen unteren oder Drehscheibenelementes längs der Linie a-a von Fig. 3,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Oberseite des oberen oder Festscheibenelementes längs der Linie b-b von Fig. 3,
Fig. 6 eine Untersicht der zwei keramischen Scheiben in ihrer voll geöffneten Stellung,
Fig. 7 eine Fig. 6 ähnliche Untersicht der zwei keramischen Scheiben in ihren relativen Stellungen in teilweise geöffneter Stellung und
Fig.
8 eine Fig. 7 entsprechende Untersicht derselben zwei Scheiben in ihrer vollständig geschlossenen Stellung.
Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen einen Schaft ST als einen länglich senkrechten Teil mit vier Hauptabschnitten, einem Abschnitt ST1, auf welchem eine obere Scheibe UD und eine untere Scheibe LD angeordnet sind, Abschnitten ST2 und ST3, auf welchen ein Ventilkörper VB angebracht ist, und einen Mitnehmer TG am unteren Ende des Schaftes ST. Der Mitnehmer TG ist als Vorsprung am unteren Ende des Abschnittes ST1 des Schaftes ST ausgebildet.
Die obere Oberfläche der unteren Scheibe LD und die untere Oberfläche der oberen Scheibe UD sind beide hoch poliert und sehr flach und werden während jeder Operation des Ventilmechanismus in gleichmässigem, engem Kontakt zueinander gehalten. Der Oberflächenkontakt zwischen beiden Scheiben UD und LD ist so eng, dass ein Lecken von Wasser zwischen diesen absolut verhindert wird.
Die Unterseite der unteren Scheibe LD weist am Umfang drei Ausnehmungen LD1, LD2 und LD3 auf, in welchen sich drei aufwärts gerichtete Greifer SP1, SP2 und SP3 der Klammer SP festklemmen. Die Klammer SP weist auch eine etwas längliche, zentrische Öffnung SPO auf zur Aufnahme und zum Eingreifen des Mitnehmers TG des Schaftes ST, um die Klammer SP mit dem Schaft ST zu verbinden, wodurch die Klammer SP und der Schaft ST sich zusammen als eine Einheit bewegen.
Ein zylindrischer, elastischer Dichtungsring SR ist zwischen einer eingesenkten Fläche SPE in der Klammer SP und der Unterseite der unteren Scheibe LD (siehe Fig. 1-3) angeordnet.
Dieser Dichtungsring SR verhindert ein Durchsickern von Wasser durch die zentralen Öffnungen der Scheiben LD und UD, so dass kein Wasser vom Einlassrohr TP aufwärts durch die Zwischenräume zwischen den Scheiben LD und UD und dem Schaft ST fliessen kann.
Eine Gewindehülse TS mit einem Aussengewinde ist mit einem ein Innengewinde aufweisenden Abschnitt des Hahnkörpers FB verbunden, wie Fig. 2 und 3 zeigen. Der Ventilkörper VB sitzt fest auf dem oberen Rand der Hülse TS, wodurch die Abwärtsbewegung des Ventilkörpers VB begrenzt wird. Ein Zahn VBL am Ventilkörper VB (siehe Fig. 1) greift in eine Kerbe NT in der Gewindehülse TS, um die Einheit gegen ein Verdrehen zu sichern und im Hahnkörper FB auszurichten. Eine Verschlussmutter CN mit einem Innengewinde greift in das Aussengewinde des oberen Abschnittes der Gewindehülse TS ein. Wenn die Verschlussmutter CN mit der Gewindehülse TS verschraubt ist, hält sie den Ventilkörper VB in einer drehungsfreien, unbeweglichen Lage innerhalb des Hahnkörpers FB fest. Der Ventilkörper VB kann als eine Einheit betrachtet werden, die einzelne Teile enthält, einschliesslich die Scheiben LD und UD.
Ein O-Ring OR1 ist rings um die äussere Peripherie der oberen Scheibe UD, und somit zwischen der oberen peripheren Oberfläche der unteren Scheibe LD, dem unteren peripheren (horizontalen) Segment des Ventilkörpers VB und der inneren (vertikalen) Wand des Hahnkörpers FB angeordnet, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Der O-Ring OR1 verhindert ein Einsickern von Wasser in den Hahnkörper FB durch den sehr kleinen, ringförmigen Spalt zwischen dem äusseren Rand des Ventilkörpers VB und der benachbarten inneren Wand des Hahnkörpers FB.
Ein weiterer O-Ring OR2 ist auf der äusseren zylindrischen Wand des Abschnittes ST1 des Schaftes ST angebracht. Der O-Ring OR2 ist nächst dem oberen Ende des Abschnittes ST1 positioniert und verhindert ein Lecken von Wasser aufwärts durch den sehr kleinen Spalt zwischen der äusseren, zylindrischen Wand des angrenzenden Abschnittes ST2 des Schaftes ST und der benachbarten, inneren, zylindrischen Wand des Ventilkörpers VB.
Noch ein anderer O-Ring OR3, der grösste der verschiedenen O-Ringe, ist in einer peripheren, äusseren Vertiefung in der äusseren Wand des Ventilkörpers VB angeordnet, wie in den Fig. 1-3 gezeigt. Dieser O-Ring verhindert ein Lecken von Wasser durch den sehr engen, peripheren Spalt zwischen dem äusseren Rand des Ventilkörpers VB und der benachbarten Innenwand der Gewindehülse TS.
Drehknopfanschläge HS auf dem Ventilkörper VB sind in Fig. 1 dargestellt. Diese Anschläge arbeiten zusammen mit Gegenanschlägen (nicht gezeigt) im Drehknopf HN, um die Drehbewegung des Drehknopfes HN entsprechend zu begrenzen.
Wie die Fig. 1-3 zeigen, ist es auch möglich, über der oberen Scheibe UD zwei einander ähnliche Drahtgitter SC1 und SC2 anzuordnen, welche innerhalb des verjüngten Teiles des Ventilkörpers VB gehalten werden. Die Drahtgitter SC1 und SC2 sind im aufwärts gerichteten Flussweg zum Auslaufstutzen SPT so angeordnet, dass sie eine Dämpfung für den Wasserfluss bilden, welcher durch die Öffnungen der oberen Scheibe UD zum Auslaufstutzen SPT des Hahnkörpers FB erfolgt.
Diese Drahtgitter SC1 und SC2, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt, bewirken eine Abschwächung des Geräusches, welches sich andernfalls durch den schnellen Fluss von Wasser durch den Ventilmechanismus entwickeln würde.
Ein geeigneter Drehknopf HN ist mittels einer Schraube SM am oberen Abschnitt SG des Schaftes ST befestigt, wie Fig. 2 zeigt. Der Drehknopf HN kann in die eine Richtung gedreht werden, um das Ventil zu öffnen, so dass unter Druck stehendes Wasser durch das Einlassrohr TP aufwärts durch die Durchgangsöffnungen der hintereinander angeordneten Scheiben LD und UD und gegen und durch die Drahtgitter SC1 und SC2 zum Auslaufstutzen SPT durch die Öffnung im Hahnkörper FB fliessen kann, wie hauptsächlich durch die Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn der Drehknopf HN in der Gegenrichtung gedreht wird, wird der Fluss abgeschwächt, und wenn der Drehknopf in gleicher Richtung bis in seine Endstellung weitergedreht wird, wird der Wasserfluss vollständig abge schnitten.
Wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt wird, weist die obere Scheibe UD drei, praktisch gleiche, kreisförmige zylindrische Durchgangsöffnungen UD1, UD2 und UD3 auf, deren Achsen mit Bezug auf den Mittelpunkt der Scheibe UD je um 120 Winkelgrade voneinander verschoben sind. Die obere Scheibe UD weist in ihrer oberen Oberfläche drei periphere Ausnehmungen UD11, UD12 und UD13 auf, welche entsprechende Halter VB1, VB2, VB3 aufnehmen, die sich von der Innenwand des Ventilkörpers VB nach innen erstrecken.
Diese Halter verhindern die Vor- und Rückwärtsdrehung der oberen Scheibe UD, die am Schaftabschnitt ST1 angeordnet ist. Die obere Scheibe ist daher nicht nur gegen Drehbewegungen am Schaft ST fest fixiert, sondern auch gegen eine senkrechte oder translatorische Verschiebung längs der Achse des Schaftes ST.
Die untere Drehscheibe LD weist drei Durchgangsöffnungen LD11, LD12 und LD13 auf, die alle von praktisch elliptischer, zylindrischer Form sind, wie Fig. 4 zeigt. Die Achsen der Durchgangsöffnungen LD11, LD12 und LD13 sind mit Bezug auf den Mittelpunkt der Scheibe LD je um 120 Winkelgrade zueinander versetzt. Diese Achsen sind mit den Achsen der drei zylindrischen Durchgangsöffnungen UD1, UD2 und UD3 der oberen Scheibe UD in Deckung (Fig. 6), wenn das Ventil voll geöffnet ist. Die Beziehung zwischen den Durchgangsöffnungen beider Scheiben LD und UD wird später erläutert.
Wie bereits dargelegt, ist der Mitnehmer TG des unteren Abschnittes ST1 des Schaftes ST in der Öffnung SPO der Klammer SP gehalten und die Greifer SP1, SP2 und SP3 der Klammer SP sind in den Ausnehmungen LD1, LD2 und LD3 der unteren Scheibe LD gehalten, und diese Scheibe muss sich im gleichen Winkel drehen, wie die Klammer SP. Wenn daher der Drehknopf HN des Ventils in die eine Richtung gedreht wird, wird durch den Schaft ST auch die Klammer SP in derselben Richtung und in demselben Winkel gedreht und verschiebt die untere Scheibe LD ebenfalls in einem entsprechenden Winkel. Während der ganzen Drehbewegung der unteren Scheibe LD verbleibt die obere Scheibe UD unbeweglich in ihrer fixierten, stationären Lage.
Die Kontaktflächen zwischen den beiden Scheiben sind so fein geschliffen, dass nur eine kleine Kraft benötigt wird, um die Friktion während der Drehbewegung zu überwinden, wenn der Hahndrehknopf HN durch eine Person bedient wird. Es ist theoretisch möglich, dass solche Materialien, wenn sie flach und fein geschliffen sind, durch Molekularhaftung aneinander haften. Diese Anhaftung widersteht jedoch der Drehung der unteren Scheibe über die obere Scheibe nicht, sie verhindert diese auch nicht andersweitig.
Wenn der Ventildrehknopf HN entgegengesetzt gedreht wird, bewirkt die Drehung der Klammer SP, welche mechanisch direkt mit dem Schaft ST über den Mitnehmer TG und die Greifer SP1, SP2 und SP3 an die Basis der Klammer SP gekuppelt ist, dass sich in entsprechender Weise die untere Scheibe LD in die entgegengesetzte Richtung dreht, ohne in irgendeiner Weise die stationäre Position der oberen Scheibe UD zu verändern oder anderweitig zu beeinflussen.
Die zwei Scheiben LD und UD sind in Fig. 8 in ihren vollständig geschIossenen Positionen gezeigt, um den Wasserdurchfluss vom Einlassrohr TP zum Auslaufstutzen SPT des Hahnkörpers FB zu stoppen. In dem Masse, wie der Drehknopf HN in einer Richtung gedreht wird, um das Ventil zu öffnen, überlappen die drei elliptischen Durchgangsöffnungen LD11, LD12, LD13 der unteren Scheibe LD mehr und mehr die Durchgangsöffnungen UD1, UD2, UD3 der oberen Scheibe UD, wodurch der Wasserfluss durch die hintereinander angeordneten Öffnungen der beiden Scheiben fortschreitend erhöht wird.
Fig. 7 stellt die relativen Stellungen der Öffnungen der zwei Scheiben LD und UD dar, wenn das Ventil etwa einen Viertel geöffnet ist. Fig. 6 zeigt die Stellungen der Öffnungen bei voll geöffnetem Ventil. Der Wasserfluss durch das Ventil erreicht seine volle Durchflussrate, wenn der Drehknopf HN in die äusserste Öffnungsstellung gedreht wurde. Die elliptisch-zylindrischen Formen der Durchgangsöffnungen LD11, LD12, LD13 der unteren Scheibe LD sichern ein positives und vollständiges Öffnen des Ventils für die volle Wasserdurchflussrate (Fig. 6), ungeachtet eines vorbestimmten Drehbereiches, der zum vollständigen Öffnen des Ventils durch die Bedienungsperson gegeben ist.
Gleicherweise erlauben die elliptischen Formen die Öffnungen der unteren Scheibe LD bei vollständigem Schliessen des Ventils den Wasserfluss zu stoppen, ungeachtet eines entsprechenden Drehbereiches, der bei dieser Konstruktion das Schliessen durch die Bedienungsperson bewirkt. Das Überlappen der Öffnungen für das volle Öffnen des Ventils wird aus Fi 6 leicht ersichtlich, während die Verschiebung der Öffnungen bei geschlossenem Ventil in Fig. 8 dargestellt ist. Zwischenstellungen der Öffnungen sind durch die Bedienungsperson leicht zu wählen. Das Merkmal des Überlappens der Off- nungen durch die Konstruktion der beiden Scheiben UD und LD gemäss der vorliegenden Erfindung ist von ganz besonderer Bedeutung.
Wie Fig. 2 zeigt, sind dem Hahnkörper FB zwei praktisch gleiche Ventile zugeordnet, wobei das eine Ventil den Kaltwasser- und das andere den Heisswasserfluss zum Auslaufstutzen SPT steuert.
Jedes der zwei Ventile weist in einer Einheit die gleiche Anordnung von Teilen auf, die z.B. in Fig. 3 und im Querschnitt in Fig. 2 gezeigt ist. Die übrigen Einzelheiten der Mischbatterie-Anordnung und die Verbindung des Hahnkörpers FB mit dem Basisteil BA der Armatur entsprechen den herkömmlichen und bekannten Formen und sind hier nicht beschrieben.
Jede der Scheiben, wie ausführlich gezeigt, ist mit drei Durchgangsöffnungen versehen, welche voneinander in gleichen Winkeln von je 120 Graden versetzt sind. Es können auch eine oder zwei Öffnungen vorgesehen werden, jedoch wird die letztere Ausführungsform bevorzugt. Die Anzahl der Öffnungen kann also kleiner oder grösser sein, als bei der bevorzugten Gruppe mi. drei Öffnungen, wie sie gemäss der Erfindung angewendet wird. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine Anordnung mit drei Öffnungen in jeder Scheibe die Geräuscheigenschaft während der vollen Durchflussrate wesentlich verringert und daher den Betrieb relativ ruhig macht.
Obwohl die Erfindung mit einer stationären, oberen und einer drehbaren, unteren Scheibe gezeigt ist, ist leicht ersichtlich, dass, wenn es gewünscht wird, die obere Scheibe drehbar angeordnet werden kann, während die untere Scheibe immer stationär gehalten wird.
Die Ausführungsform mit zwei Drahtgittern SCl und SC2 innerhalb des Ventilkörpers VB ist keine Notwendigkeit und diese Drahtgitter können auch ganz weggelassen werden.
Der Schaft ST gemäss dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht aus Metall, wie rostfreiem Stahl. Es ist ersichtlich, dass er auch aus irgendeinem anderen Metall oder irgendeinem Kunststoffmaterial bestehen kann. In ähnlicher Weise ist der Ventilkörper VB aus einem nichtmetallischen, formbaren Material hergestellt, kann aber auch aus irgendeinem metallischen Material, wie z.B. rostfreiem Stahl, bestehen.
Es ist ersichtlich, dass die Erfindung in sehr verschiedenen Gestaltungen ausgeführt werden kann, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Anmeldung umfasst einen Ventilaufbau zur Steuerung des Flusses eines Fluidums, z.B. Wasser, das durch einen Hahn abgegeben werden soll. Der Ventilaufbau umfasst einen Ventilkörper mit einer konisch geformten inneren Wand und einer zentralen zylindrischen Öffnung zur Aufnahme und Führung eines drehbaren längsverlaufenden Schaftes. Zwei um den Schaft angeordnete keramische Scheiben sind in engem Kontakt miteinander angeordnet, wobei die obere Scheibe stationär gehalten wird gegen eine Bewegung um und längs des Schaftes, während die untere Scheibe mit dem Schaft gekuppelt ist und sich mit dem Schaft dreht, ohne irgendwelche Drehung der oberen Scheibe einzuleiten.
Die Kupplung der unteren Scheibe mit dem Schaft wird durch eine Klammer erreicht, die eine Öffnung zur Aufnahme und zum Greifen eines Mitnehmers am untersten Teil des Schaftes aufweist. Die Klammer weist auch Greifer auf, welche sich zur Peripherie der unteren Scheibe erstrecken und bewirken, dass die untere Scheibe irgendeiner Drehbewegung des Schaftes folgt. Die Klammer legt auch einen federnden Druck gegen die untere Oberfläche der unteren Scheibe an, um sie in Kontakt mit der oberen Scheibe zu halten. Jede der keramischen Scheiben hat eine Anzahl von Durchlassöffnungen, durch welche das Fluidum fliesst, wenn die Durchlassöffnungen der unteren Scheibe in Deckung mit jenen der oberen Scheibe sind.
Wenn jedoch der Schaft gedreht wird, um die Durchlassöffnungen der zwei Scheiben voneinander zu verschieben und jegliches Überschneiden zwischen den Durchlassöffnungen der zwei Scheiben zu verhindern, wird der Fluidumfluss unterbrochen. Die angrenzenden Oberflächen der zwei Scheiben sind sehr glatt und flach, um ein Lecken des Fluidums zwischen den Scheiben zu verhindern und zusätzlich die Reibung und ein Mitziehen auf ein Minimum zu beschränken. Ein Drehknopf kann über dem oberen Ende des Schaftes angeordnet sein zur Steuerung der Drehbewegung des Schaftes. Drahtgitter können über der oberen Scheibe angeordnet sein, und können innerhalb der konisch geformten inneren Wand des Ventilkörpers gehalten sein und befinden sich im Flussweg des Fluidums. Sie dienen der Minimierung des Betriebsgeräusches, welches andernfalls durch das stark durch den Ventilaufbau fliessende Fluidum erzeugt würde.
The invention relates to a valve, in particular for a tap, for controlling the flow rate of a fluid from an inlet to an outlet.
Such valves are used in taps for kitchen sink troughs or wash basins and the like, for the delivery of hot or cold water. When using two such valves in one tap, the separately supplied hot and cold water can be mixed in a conventional manner by an operator, and the mixed water can flow out of the tap.
The present invention relates to an improved control valve which forms a relatively small unit with new features and on the other hand has better operating characteristics. This control valve not only facilitates operation and maintenance, but also has a longer service life, especially when compared with conventional types of valves for wash troughs or wash basins. Conventional valves have vertically movable, rubber-like sealing disks which are arranged above a stationary valve seat and which can be moved towards and away from the latter. Such valves have been used for decades in conventional taps as installation fittings for regulating the flow of water in rinsing troughs or wash basins.
The invention is characterized in that first and second ceramic disks are provided which are in close contact with one another to form a common interface, that each of the disks has a number of openings extending through the disk, so that when the openings of the two disks are in congruence with one another, the fluid flows successively through openings from the inlet to the outlet, and that when the openings are shifted away from each other, the fluid flow is interrupted, that means are provided which keep the first disk stationary so that it is non-rotatable, that means are provided to rotate the second disk about an axis perpendicular to the interface without a gap being formed between the disks, that the means for rotation have a clamp with a number of grippers,
which are held peripherally against the second disk so that when the bracket is rotated the second disk is rotated with it to change the positions of the openings in the second disk with respect to the corresponding openings in the first disk.
The flow rate can easily be adjusted by hand to any intermediate value by regulating the rotation of the rotating discs.
The disks can each have a common, central opening through which a manually rotatable shaft is inserted to control the flow rate through the valve.
The rotatable shaft, as will be explained below, allows the lower disk to be rotated without changing the position of the upper one. The lower disk always rotates at an angle corresponding to the angular rotation of the rotatable shaft.
The lower end of the rotatable shaft can be provided with a driver which is mechanically coupled to and held by a clamp. This clamp can have grippers which grip firmly into the peripheral region of the lower, rotatable ceramic disc. The driver is advantageously inserted into an opening of the clip, which opening is shaped according to the shape of the cross section of the driver, so that the driver is inserted into the clip and this is connected to the lower section of the shaft. Therefore, every rotary movement of the shaft not only causes the driver to rotate through a corresponding angle and thereby carries the clamp through the same angle, but also that the lower ceramic disc is rotated equally around its own axis.
Likewise, the openings in the lower or rotating ceramic disk change their relative positions with respect to the openings in the upper or fixed ceramic disk. Although only the shaft is rotated, the clamp and the lower ceramic disc rotate with it. This optionally changes the flow rate through the openings of the two disks arranged one behind the other, without the disks separating from one another.
A clip can be used on the lower end of the shaft to hold the two ceramic discs. This clip is advantageously made of a resilient material, such as stainless steel or phosphor bronze, so that the clip exerts a continuous upward pressure against the lower disk to keep it continuously in contact with the adjacent upper disk and to leak between the disks prevent. The surfaces of the disks, which are in constant contact with one another, are hard and very flat and result in a leak-proof seal through permanent adhesion of the adjacent, flat contact surfaces to one another.
The smoothness of the surfaces of such disks reduces friction between the disks to a minimum.
It is advantageous that no rubber or other elastomeric parts have to be used on the passage openings of both discs. By blocking all flow paths through ceramic surfaces, there will be no expansion or contraction caused by temperature or otherwise, as with any such elastomeric parts. It is known that such elastomeric parts easily expand or contract when the temperature rises or falls, caused by the water or in some other way. Any such change in temperature inevitably involves a significant, unexpected, and undesirable change in the water flow rate. Such changes can be unpleasant in many cases. These types of malfunctions are completely eliminated by the present invention.
The so-called non-lifting rotary shaft serves to prevent any vertical displacement of each of the ceramic discs. The vertically unchanging position of the panes is of particular importance. Therefore, there is no play in a threaded shaft, which is generally found in conventional tap valves and which causes difficulties in maintaining a preselected constant flow rate of water through the tap.
Each of the two ceramic disks can be provided with a number of passage openings, for example three. The flow of a fluid through the valve is therefore divided into three passages in the present exemplary embodiment. By using a plurality of openings, a quieter operation is achieved without the selected total flow rate of the fluid having to be increased.
According to one exemplary embodiment of the invention, two (or more) wire grids can be arranged and held coaxially around the shaft. They can be arranged between the upper ceramic disc and the outlet nozzle through which the water flowing into the tap is emptied. These wire grids serve to significantly reduce the relatively high level of noise inherent in most conventional valve mechanisms. Such wire grids can be arranged in a self-cleaning layer, but provide an alternative path for the water flow in the event that they should clog, so that there is no interruption of the same.
The rotatable shaft, the ceramic discs and the Klam mer can be arranged in a valve body and thus form a unit. This can be assembled in the factory and also sold and transported as a unit. It can be installed more quickly and easily on a sink or sink or in another device and just as quickly and easily removed for repair or replacement.
Embodiments of the invention will now be described in more detail, reference being made to the drawing.
It shows:
1 shows an exploded view of the structure of the parts of a valve unit along a threaded sleeve which encloses the unit,
2 is a view of a mixer tap equipped with valves for hot and cold water, one valve according to the invention being shown in a longitudinal section to show the main parts,
Fig. 3 is a sectional front view of the main arrangement of the structure of the invention;
Fig. 4 is a plan view of the underside of the ceramic lower or turntable element along line a-a of Fig. 3;
Fig. 5 is a plan view of the top of the upper or fixed disk element along line b-b of Fig. 3;
6 shows a bottom view of the two ceramic disks in their fully open position,
7 shows a bottom view, similar to FIG. 6, of the two ceramic disks in their relative positions in the partially open position and FIG
Fig.
8 shows a bottom view corresponding to FIG. 7 of the same two panes in their completely closed position.
1, 2 and 4 show a shaft ST as an elongated vertical part with four main sections, a section ST1 on which an upper disk UD and a lower disk LD are arranged, sections ST2 and ST3 on which a valve body VB is attached is, and a driver TG at the lower end of the shaft ST. The driver TG is designed as a projection at the lower end of the section ST1 of the shaft ST.
The upper surface of the lower disk LD and the lower surface of the upper disk UD are both highly polished and very flat, and are kept in uniform, close contact with one another during each operation of the valve mechanism. The surface contact between the two panes UD and LD is so close that leakage of water between them is absolutely prevented.
The underside of the lower disk LD has three recesses LD1, LD2 and LD3 on the circumference, in which three upwardly directed grippers SP1, SP2 and SP3 of the clamp SP are clamped. The clip SP also has a somewhat elongated, central opening SPO for receiving and engaging the driver TG of the shaft ST to connect the clip SP to the shaft ST, whereby the clip SP and the shaft ST move together as a unit .
A cylindrical, elastic sealing ring SR is arranged between a recessed surface SPE in the clamp SP and the underside of the lower disk LD (see FIGS. 1-3).
This sealing ring SR prevents water from seeping through the central openings of the disks LD and UD, so that no water can flow from the inlet pipe TP upwards through the spaces between the disks LD and UD and the shaft ST.
A threaded sleeve TS with an external thread is connected to a section of the tap body FB which has an internal thread, as shown in FIGS. 2 and 3. The valve body VB is firmly seated on the upper edge of the sleeve TS, whereby the downward movement of the valve body VB is limited. A tooth VBL on the valve body VB (see FIG. 1) engages in a notch NT in the threaded sleeve TS in order to secure the unit against rotation and to align it in the valve body FB. A lock nut CN with an internal thread engages the external thread of the upper section of the threaded sleeve TS. When the lock nut CN is screwed to the threaded sleeve TS, it holds the valve body VB in a rotation-free, immovable position within the valve body FB. The valve body VB can be viewed as a unit containing individual parts, including the discs LD and UD.
An O-ring OR1 is arranged around the outer periphery of the upper disc UD, and thus between the upper peripheral surface of the lower disc LD, the lower peripheral (horizontal) segment of the valve body VB and the inner (vertical) wall of the valve body FB, as shown in Figs. The O-ring OR1 prevents water from seeping into the tap body FB through the very small, annular gap between the outer edge of the valve body VB and the adjacent inner wall of the tap body FB.
Another O-ring OR2 is attached to the outer cylindrical wall of the section ST1 of the shaft ST. The O-ring OR2 is positioned next to the upper end of the section ST1 and prevents water from leaking upwards through the very small gap between the outer, cylindrical wall of the adjacent section ST2 of the stem ST and the adjacent, inner, cylindrical wall of the valve body VB .
Yet another O-ring OR3, the largest of the various O-rings, is arranged in a peripheral, outer recess in the outer wall of the valve body VB, as shown in FIGS. 1-3. This O-ring prevents water from leaking through the very narrow, peripheral gap between the outer edge of the valve body VB and the adjacent inner wall of the threaded sleeve TS.
Rotary knob stops HS on the valve body VB are shown in FIG. These stops work together with counter stops (not shown) in the rotary knob HN in order to limit the rotary movement of the rotary knob HN accordingly.
As shown in FIGS. 1-3, it is also possible to arrange two wire grids SC1 and SC2, which are similar to one another, above the upper disk UD and which are held within the tapered part of the valve body VB. The wire grids SC1 and SC2 are arranged in the upward flow path to the outlet nozzle SPT in such a way that they form a damping for the water flow, which occurs through the openings in the upper disk UD to the outlet nozzle SPT of the tap body FB.
These wire grids SC1 and SC2, preferably made of stainless steel, have the effect of attenuating the noise which would otherwise develop due to the rapid flow of water through the valve mechanism.
A suitable rotary knob HN is attached to the upper section SG of the shaft ST by means of a screw SM, as FIG. 2 shows. The rotary knob HN can be turned in one direction to open the valve, so that pressurized water through the inlet pipe TP upwards through the through openings of the discs LD and UD arranged one behind the other and against and through the wire grids SC1 and SC2 to the outlet spout SPT can flow through the opening in the tap body FB, as shown mainly by the arrows in FIG. If the rotary knob HN is turned in the opposite direction, the flow is weakened, and if the rotary knob is turned further in the same direction to its end position, the water flow is completely cut off.
As shown in FIGS. 1 and 5, the upper disk UD has three, practically identical, circular cylindrical through-openings UD1, UD2 and UD3, the axes of which are each shifted by 120 degrees from one another with respect to the center of the disk UD. The upper disk UD has in its upper surface three peripheral recesses UD11, UD12 and UD13 which receive respective holders VB1, VB2, VB3 which extend inwardly from the inner wall of the valve body VB.
These holders prevent the upper disk UD, which is arranged on the shaft section ST1, from rotating back and forth. The upper disk is therefore not only firmly fixed against rotational movements on the shaft ST, but also against a vertical or translational displacement along the axis of the shaft ST.
The lower turntable LD has three through holes LD11, LD12 and LD13, all of which are practically elliptical, cylindrical in shape, as FIG. 4 shows. The axes of the through openings LD11, LD12 and LD13 are offset from one another by 120 degrees with respect to the center of the disk LD. These axes are aligned with the axes of the three cylindrical through openings UD1, UD2 and UD3 of the upper disk UD (FIG. 6) when the valve is fully open. The relationship between the through holes of both discs LD and UD will be explained later.
As already explained, the driver TG of the lower section ST1 of the shaft ST is held in the opening SPO of the clamp SP and the grippers SP1, SP2 and SP3 of the clamp SP are held in the recesses LD1, LD2 and LD3 of the lower disk LD, and this disc must rotate at the same angle as the bracket SP. Therefore, when the rotary knob HN of the valve is rotated in one direction, the clamp SP is also rotated in the same direction and at the same angle by the stem ST and also displaces the lower disc LD at a corresponding angle. During the entire rotational movement of the lower disk LD, the upper disk UD remains immovable in its fixed, stationary position.
The contact surfaces between the two discs are so finely ground that only a small amount of force is required to overcome the friction during the turning movement when the HN knob is operated by a person. It is theoretically possible that such materials, when flat and finely ground, will adhere to one another through molecular adhesion. However, this adhesion does not withstand the rotation of the lower disk over the upper disk, nor does it prevent it in any other way.
When the valve knob HN is turned in the opposite direction, the rotation of the clamp SP, which is mechanically coupled directly to the shaft ST via the driver TG and the grippers SP1, SP2 and SP3 to the base of the clamp SP, causes the lower clamp to move in a corresponding manner Disk LD rotates in the opposite direction without in any way changing or otherwise affecting the stationary position of the upper disk UD.
The two discs LD and UD are shown in Fig. 8 in their fully closed positions in order to stop the flow of water from the inlet pipe TP to the outlet spout SPT of the tap body FB. As the rotary knob HN is turned in one direction to open the valve, the three elliptical through-holes LD11, LD12, LD13 of the lower disk LD more and more overlap the through-openings UD1, UD2, UD3 of the upper disk UD, whereby the flow of water through the openings in the two discs, which are arranged one behind the other, is progressively increased.
Fig. 7 shows the relative positions of the openings of the two discs LD and UD when the valve is about a quarter open. Fig. 6 shows the positions of the openings when the valve is fully open. The water flow through the valve reaches its full flow rate when the rotary knob HN is turned to the extreme open position. The elliptical-cylindrical shapes of the through openings LD11, LD12, LD13 of the lower disk LD ensure a positive and complete opening of the valve for the full water flow rate (Fig. 6), regardless of a predetermined range of rotation which is given for the complete opening of the valve by the operator .
Likewise, the elliptical shapes allow the openings of the lower disc LD to stop the flow of water when the valve is completely closed, regardless of a corresponding range of rotation which in this construction causes the operator to close it. The overlapping of the openings for the full opening of the valve can be easily seen from Fi 6, while the displacement of the openings with the valve closed is shown in FIG. The operator can easily choose between positions of the openings. The feature of the overlapping of the openings due to the construction of the two panes UD and LD according to the present invention is of very special importance.
As FIG. 2 shows, two practically identical valves are assigned to the faucet body FB, one valve controlling the cold water flow and the other controlling the hot water flow to the outlet nozzle SPT.
Each of the two valves has in one unit the same arrangement of parts, e.g. is shown in FIG. 3 and in cross-section in FIG. The other details of the mixer tap arrangement and the connection of the tap body FB with the base part BA of the fitting correspond to the conventional and known forms and are not described here.
Each of the disks, as shown in detail, is provided with three through openings which are offset from one another at equal angles of 120 degrees each. One or two openings can also be provided, but the latter embodiment is preferred. The number of openings can therefore be smaller or larger than in the preferred group mi. three openings as used according to the invention. However, it has been found that an arrangement with three openings in each disc significantly reduces the noise characteristic during the full flow rate and therefore makes operation relatively quiet.
Although the invention is shown with a stationary upper and a rotatable lower disk, it will be readily appreciated that, if desired, the upper disk can be rotatably arranged while the lower disk is always held stationary.
The embodiment with two wire grids SC1 and SC2 within the valve body VB is not necessary and these wire grids can also be omitted entirely.
The shaft ST according to the embodiment described is made of metal, such as stainless steel. It is evident that it can also consist of any other metal or any plastic material. Similarly, the valve body VB is made of a non-metallic, malleable material, but it can also be made of any metallic material, e.g. stainless steel.
It is evident that the invention can be implemented in very different configurations without departing from the inventive concept.
Summary
The present application comprises a valve assembly for controlling the flow of a fluid, e.g. Water to be dispensed through a tap. The valve assembly includes a valve body having a conically shaped inner wall and a central cylindrical opening for receiving and guiding a rotatable longitudinal shaft. Two ceramic disks arranged around the shaft are placed in close contact with one another, the upper disk being held stationary against movement around and along the shaft, while the lower disk is coupled to the shaft and rotates with the shaft without any rotation of the initiate upper disc.
The coupling of the lower disk to the shaft is achieved by a clamp which has an opening for receiving and gripping a driver on the lowest part of the shaft. The clip also has grippers which extend to the periphery of the lower disk and cause the lower disk to follow any rotational movement of the shaft. The clip also applies resilient pressure against the lower surface of the lower washer to keep it in contact with the upper washer. Each of the ceramic disks has a number of passage openings through which the fluid flows when the passage openings of the lower disk are in register with those of the upper disk.
However, if the shaft is rotated to displace the ports of the two discs from one another and to prevent any intersection between the ports of the two discs, fluid flow is interrupted. The adjacent surfaces of the two disks are very smooth and flat to prevent leakage of the fluid between the disks and, in addition, to minimize friction and drag. A rotary knob can be positioned over the upper end of the shaft to control the rotational movement of the shaft. Wire mesh can be positioned over the top disc and can be retained within the conically shaped inner wall of the valve body and located in the flow path of the fluid. They serve to minimize the operating noise that would otherwise be generated by the fluid flowing through the valve structure.