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Wasserhahn Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wasserhahn
mit Ventilsitz und Ventilkörper, auch Ventilkegel genannt, und einer zwischen Ventilsitz
und Ventilkörper eingelegten dichtenden Packung bzw. einer Dichtung. Die Erfindung
bezweckt eine Lösung des Problems, einen Wasserhahn herzustellen, der im Vergleich
zu gewöhnlichen Hähnen folgende Vorzüge besitzt 1. Die durchschnittliche Lebensdauer
des Hahns soll auch bei sehr hohem Dichtungsdruck groß sein.
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2. Die Lebensdauer der Dichtung soll unabhängig von der beim Schließen
durch Hand aufwendbaren Kraft sein.
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3. Auch wenn sich die Lebensdauer des Hahns dem Ende nähert, soll
er ohne Dichtungswechsel nicht tropfen.
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4. Der Hahn soll nur unbedeutend teuerer sein als ein gewöhnlicher
Hahn. Er soll zumindest gegen normale Verunreinigung des Wassers, wie z. B. etwas
Sand, praktisch unempfindlich sein.
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Die Lebensdauer eines solchen Hahns wäre dann hauptsächlich vom Verschleiß
im Gewinde der Spindel, aber nicht von der Dichtung bestimmt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem
Hahn mit einem aus elastischem Werkstoff bestehenden Dichtungskörper, der in einer
Nut des Ventiltellers oder des Ventidsitzes angeordnet ist, zu beiden Seiten des
Dichtungskörpers an diesem anliegende und mit dem Ventilteller bzw. Ventilsitz starr
verbundene Schneiden angeordnet sind, deren Höhe geringer als die des Dichtungskörpers
ist. Die Schneiden bestehen zweckmäßig aus verschleißbarem Material, und ihr Querschnitt
ist so bestimmt, daß sie einmal dem von der Dichtung auf sie ausgeübten Druck widerstehen
können, aber andererseits im Verhältnis zur Gummidichtung so rasch verschleißen,
daß diese den für die Abdichtung in der Schließlage erforderlichen Druck beibehält.
Vorzugsweise bestehen die Schneiden aus Messing und der Ventilsitz aus rostfreiem
Stahl.
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Ein Ausführungsbeispiel ist an Hand der Zeichnung beschrieben, in
dieser zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die geometrische Achse eines Hahns gemäß
der Erfindung, in welchem der Dichtungsring im Ventilkegel angebracht ist, Fig.
2 eine Ansicht von unten längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Vergrößerung
eines Einzelteils, hauptsächlich des Gummirings, nach Fig. 1, Fig. 4 einen Teilquerschnitt
durch die geometrische Achse eines Hahnes, in welchem der Gummiring im Ventilsitz
angebracht ist, Fig.5 die Vergrößerung eines Einzelteils, hauptsächlich des Gummirings,
nach Fig. 4, Fig. 6 einen Teilschnitt eines Mischers für warmes und kaltes Wasser,
Fig. 7 vergrößert eine Einzelheit der Fig. 6, hauptsächlich den Dichtungsring, Fig.8,
wie Ventilsitz und Ventilkegel konstruiert sein können, Fig. 9 eine Einzelheit der
Fig. 8, Fig. 10 eine andere Ausführung des Ventilsitzes und Ventilkegels.
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Die gleichen Einzelheiten in den verschiedenen Figuren haben dieselbe
Nummer.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse des Hahns, 2 den Wasserkanal, 16
die Auslaufmündung, 3 das gewöhnliche Handrad und 4 die Spindel, welche oben im
Körper 5 abgedichtet ist. Die Spindel ist mit Hilfe des Gewindes 6 in diesem Körper
5 eingeschraubt. Der Ventilkegel oder Ventilkörper 45 ist mittels des Falzes 50
und dem Knopf 51 an der Spindelachse 4 beweglich angebracht. Der Gummiring 11 ist
im Kegel 45 mittels der Flansche 7 und 8 im Kegel 45 befestigt. Der Flansch 8 ist
ein Teil des Ringes 9. Dieser Ring ist dem Kegel 45 aufgesetzt, nachdem zuerst der
Gummiring 11 an seinem Platz angebracht worden ist. Danach wurde der Flansch 10
so umgebördelt, daß er den Kegel 45 umschließt. Auf dem Ring 9 befindet sich der
dünne Rücken 47 und am Kegel 45 ein gleicher Rücken 46, was aus der Einzelansicht
in Fig. 3 besser zu ersehen ist. Die Teile 9 und 45 sind an der
ebenen,
ringförmigen Fläche 12 gegeneinandergedrückt, wodurch sichergestellt wird, daß die
Spitzenflächen der Rücken 46 und 47 in derselben Horizontalebene liegen. Die Rücken
können in axialem Schnitt geeignetermaßen etwa dreieckig sein, d. h. allmählich
dicker werdend. Die Basis dieses Querschnittsdreieckes kann 0,3 mm breit sein und
seine Höhe 0,5 mm. Diese Form ist aus Haltbarkeitsgründen zweckmäßig. Sie ist zweckmäßig,
damit die Rücken dem hohen Druck im Gummi besser Widerstand leisten können. Weniger
geeignet, aber doch gut brauchbar ist es, den Schnitt rechteckig zu gestalten. Man
muß aber dann den Maximaldruck im Gummi senken. Der Gummi".ring 11 liegt in einer
Rinne. Deren Tiefe ist etwas geringer als die Höhe des Gummirings. Die Differenz
ist in der Fig. 3 mit x bezeichnet. Wenn die Teile 9 und 45 aus Messing bestehen,
sind jene Flächen, die mit dein Gummi in Berührung kommen, verzinnt oder mit anderem
geeignetem Material überzogen. Der Ventilsitz besteht hier aus einem ebenen Ring
14 aus z. B. rostfreiem Stahl. Er ist auf die Dichtung 15 gelegt und wird von dem
nachträglich umgebördelten Flansch 18 festgehalten.
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Der Hahn arbeitet auf folgende Weise. Der Abstand x (Fig. 3)
darf den gewissen Wert xmax nicht übersteigen. Da man aber, um die Lebensdauer des
Hahnes zu erhöhen, immer bestrebt ist, den Abstand x so groß wie möglich zu gestalten,
entsteht dieser Fehler viel leichter a_ 16 irgendein Fehler in der übrigen Dimensionierung
des Gummirings. Wir nehmen nun an, daß x also größer ist als xmax. Der Hahn
wird mit großer Kraft zugedreht, so daß die Rücken 46 und 47 mit dem Ring 14 in
Berührung kommen. Hierbei wird überflüssiger Gummi durch die Spalte zwischen den
Rücken und dem Ring hinausgedrückt und abgeschnitten, sobald sich die Spalte dem
Nullwert nähert, d. h. wenn die ebengenannte Berührung entsteht. Wenn man nun den
Hahn öffnet und ihn aufs neue mit solcher Kraft zudreht, daß die Rücken mit dem
Ring Kontakt berühren, wird kein Gummi mehr durch die Spalte gedrückt und folglich
auch keiner abgeschnitten. Durch das erste Zuziehen des Hahns und dem daraus folgenden
Abschneiden des überflüssigen Gummis ist also der Abstand x etwa auf jenen Wert
vermindert, welcher für einen neuen Hahn der richtige ist, nämlich x"",. In der
Praxis geschieht zwar dieses Abschneiden im allgemeinen nicht durch ein einziges
kräftiges Zuziehen des Hahns, sondern durch mehrere schwache. Der beschriebene Verlauf
gibt aber doch ein gutes Bild der Wirklichkeit. Versuche haben erwiesen, daß der
Gummiring 11 in kurzer Zeit zerstört werden kann, wenn der Abschneideeffekt dadurch
beeinträchtigt wird, daß die Schneiden der Rücken, die dem Ring 14 begegnen, zu
breit sind - man könnte sagen, wenn die Schere zu stumpf ist -, oder dadurch, daß
der eine Rücken etwa ein paar Zehntel Millimeter niedriger ist als der andere. Eine
Breite der Schneiden von 0,1 mm ist zweckmäßig. Hiermit ist eine der drei wichtigen
Aufgaben der Rücken 46 und 47 beschrieben. Nun folgt eine zweite.
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Wenn bei einem neuen Hahn die Rücken 46 und 47 den Stahlring 14 berührt
haben, ist der Druck p im Gummiring 11 maximal. Dieser Druck ist eine Funktion der
Kompressionsfähigkeit und der Härte, Form und Größe des Gummirings 11.- Es ist zweckmäßig,
diesen Druck auf einige hundert.oder bis zu tausend Atmosphären ansteigen zu lassen.
Wird der Druck höher, muß vor allem der Ring 9 aus anderem Material als Messing
gemacht werden. Über p.ax kann der Druck nicht steigen, denn die Rücken verhindern
mechanisch jedes weitere Zusammendrücken des Gummirings 11. Dies ist die zweite
Aufgabe der Rücken. Die dritte folgt.
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Bei jedem Schließen des Hahns wird die Drehung des Ventilkegels 45
abgebremst. Der Kegel dreht sich nämlich mit der Spindel 4, weil er vom Wasser gegen
den Knopf 51 gedrückt und von der Reibung mitgenommen wird. Wenn der Hahn neu ist,
wird die Drehung nur durch die Reibung zwischen dem Ring 14 und dem Gummiring 11
abgebremst. Allmählich verschleißt aber der Gummiring, wodurch die Rücken 46 und
47 den Ring 14 berühren, während sich der Kegel 45 noch dreht. Nun haben die Rücken
begonnen, an dem Abbremsen der Kegeldrehung teilzunehmen. Hierbei werden sie abgenutzt,
so daß sie immer niedriger werden. Der Maximaldruck im Gummiring 11 ist nun gesunken.
Diese Drucksenkung wird desto geringer und der Maximaldruck daher höher, je leichter
sich die Rücken abnutzen lassen. Die Geschwindigkeit, mit der sie abgenutzt werden,
ist aber eine Funktion sowohl der Eigenschaften des Materials als auch der Form
der Rücken. Hieraus geht hervor, wie wichtig es ist, daß die Rücken aus verschleißbarem
Material und so dünn gemacht werden, als es möglich ist, ohne daß deren mechanische
Haltbarkeit dadurch gefährdet wird. Da die Rücken aus Haltbarkeitsgründen an ihrer
Basis am besten etwas dicker sind als an den Schneiden, wird der höchst mögliche
Druck im Gummiring 11 niedriger, wenn der Hahn alt wird und die Rücken niedrig und
breit werden. Nun sind die drei wichtigen Aufgaben der Rücken 46 und 47 beschrieben
worden. Um ihre Bedeutung noch klarer . darzustellen, soll nun folgendes gedacht
werden: Einer der Rücken, beispielsweise der äußere, 47, wird weggeschliffen, so
daß die untere Fläche des Ringes 9 ganz eben wird. Der Rücken 46 bleibt. Seine Querschnittsfläche
muß nun nicht dreieckig sein, denn der Druck im Gummi wird niedrig. Anstatt dessen
soll er jetzt im Querschnitt etwa rechteckig sein. Der Gummiring 11 darf in diesem
Fall nicht zu hoch gemacht werden, wenn der Hahn schließen soll, denn irgendein
Abschneideefekt, wie vorhin beschrieben, entsteht nun nicht. Dies ist ein Nachteil,
der durch die Entfernung des Rückens entstanden ist. Zwei weitere Nachteile sind
noch zu erwähnen. Der eine und schlimmste ist, daß der maximale Druck im Gummiring
11 von einer beträchtlich niedrigeren Größenordnung wird, weil doch der Spalt, durch
welchen Gummi ausgedrückt werden kann, nun vielfach oder um so viel breiter geworden
ist, als der Rücken 47 hoch war-. Diese Spaltbreite ist zwar ein Minimum für einen
Hahn mit nur einem Rücken, der Spalt ist aber doch so breit, daß der maximale Druck
im Gummiring von etwa eintausend oder einigen hundert Atmosphären in einem Hahn
mit zwei Rücken bis auf zehn oder ein paarmal zehn Atmosphären herabsinkt. Der Hahn
wird dadurch empfindlicher gegen Verunreinigungen durch feste Teilchen und gegen
die während kurzer oder längerer Zeit oder für immer bleibenden Formveränderungen,
welche diese Teilchen in Gummi hervorrufen können. Er kann z. B. nur wegen eines
einzigen Sandkornes tropfen, weil der niedrige Druck den Gummi nicht dazu zwingen
kann, das Sandkorn ganz zu umschließen. Er kann auch die Formveränderungen nicht
ausgleichen. Bei einem Hahn gemäß der Erfindung mit zwei Rücken verschwinden wegen
des hohen Druckes im Gummi alle solchen Neigungen zur Undichtigkeit.
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Als dritter Nachteil hat sich erwiesen, daß die Lebensdauer des Hahns
unter diesenUmständen kürzer wird. Wegen der großen Breite des Spaltes wird nämlieh
die
Drucksteigerung im Gummiring 11 als Funktion des Drehungswinkels der Spindelachse
4 bedeutend geringer. Die Strecke, längs welcher der Gummiring 11 gegen den Stahlring
14 gleitet, wird dadurch größer, weshalb auch der Verschleiß größer wird.
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Hieraus geht hervor, welche Vorteile die erfindungsgemäßen beiden
Rücken in Berührung mit dem Gummiring bieten im Vergleich zu bloß einem einzigen.
Hat man bloß einen, braucht dieser den Gummiring nicht zu berühren, sondern kann
auf mehrere Weisen angebracht werden.
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Nach Fig. 4 kann der Gummiring auch im Ventilsitz angebracht werden.
Er ist in einem Teil 19 versenkt, welcher mittels des Gewindes 20 im Gehäuse 1 eingeschraubt
ist. 21 ist ein Dichtungsring. Der Gummiring 11 hat innen eine konische Fläche 22,
was aus der Fig. 5 besser hervorgeht. Sobald der Gummiring in seine Rille versenkt
worden ist, wird der Flansch 24 so umgebördelt, daß er gegen die konische Innenfläche
22 des Gummirings 11 anliegt. Dadurch wird dieser festgehalten. Ein Blech 54 aus
rostfreiem Stahl deckt die ebene Fläche des Kegels 45. Die Rücken 46 und 47 sind
im Teil 19 angebracht, wie es die Fig. 4 und 5 deutlich zeigen.
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Nach Fig. 6, die einen Teil eines Warm- und Kaltwassermischhahns darstellt,
ist der Gummiring 11 ebenfalls im Ventilsitz angebracht. Er wird mittels des Flansches
25 (s. Fig. 7) und des Körpers 27, der mit Hilfe des Gewindes 30 im Gehäuse 1 eingeschraubt
ist, festgehalten. Ein rostfreies Stahlblech 54 deckt auch hier die ebene Fläche
des Ventilkegels.
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Aus der Fig. 8 ist zu ersehen, wie der Stahlring 14 mittels des Flansches
32 im Gehäuse festgehalten wird. Der Ring ruht auf der Dichtung 36, z. B. aus Faser,
und wird festgedrückt, sobald der Flansch, der von Anfang an die in der Fig.9 gezeigte
Form hat, in die Rinne 33 des Ringes 14 (s. Fig. 9) hineingleitet. Ähnlich ist der
Körper 34, der mit den inneren Rücken 46 versehen ist, mittels des Flansches 35
im Kegel 45 befestigt, jedoch erst nachdem der Gummiring 11 an seinem Platz gelegt
wurde.
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Nach Fig. 10 ist der aus rostfreiem Stahlblech gepreßte Ring 14 auf
ähnliche Weise wie in Fig. 8 im Gehäuse 1 befestigt und ruht auf einer Dichtung
38 aus beispielsweise faserigem Material. Nachdem der Gummiring 11 und der Metallring
40 an ihre Plätze gelegt worden sind, wird der Flansch 41 umgebördelt, wodurch der
Metallring im Kegel festgehalten wird.
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Zwischen dem Ventilkegel 45 und dein Knopf 51 sind eine Gummischeibe
55 und ein Blech 56 aus rostfreiem Stahl oder anderem geeignetem Material angebracht.
Zwischen diesem Blech 56 und dem Knopf 51 ist eine ganz dünne Lage aus Graphit oder
Molybdänsulfid eingelegt. Die Gummischeibe 55 erlaubt dem Kegel 45, am Knopf 51
etwas locker zu sitzen. Wenn sich der Kegel 45 am Knopf 51 oder im Verhältnis zur
Spindel 4 dreht, wird die Reibung durch das Blech 56 verringert, weil der Reibungskoeffizient
zwischen -zwei Metallen viel kleiner ist als zwischen Metall und Gummi. Die Zwischenlage
aus Graphit oder Molvbdänsulfid oder ähnlichem Material verringert den lieibungskoeffizient
noch mehr.
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Viele andere konstruktive Varianten von Einzelheiten sind möglich
unter Beibehaltung des wesentlichen Prinzips der Erfindung. So können z. B. die
den beiden Rücken 46 und 47 gegenüber befindlichen glatten Flächen, jene des Rings
14 oder des Bleches 54, anstatt eben auch als Kugelflächen gestaltet sein. In diesem
Fall müssen die Kanten oder Schneiden der beiden Rücken, d. h. jene Teile der Rücken,
welche mit den obengenannten Kugelflächen der Körper 14 und 54 in Berührung kommen
können, auf einer Kugel liegen, deren Radius derselbe ist wie jener der Kugelflächen.
Die Hauptsache ist, die Konstruktion so auszuführen, daß die beiden Spalte, welche
zwischen den beiden Rücken und der gegenüberliegenden Eingriffsfläche beim Schließen
des Hahns entstehen, im großen und ganzen immer dieselben bleiben, unabhängig davon,
welche Form man den den Rücken gegenüber befindlichen Körpern 14 und 54 auch geben
mag.
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Der Hahn kann selbstverständlich auch für andere Flüssigkeiten als
Wasser verwendet werden. Er kann außerdem auch für Gase Anwendung finden. Man wird
ihn wohl aber hauptsächlich für Wasser gebrauchen. Deshalb ist die Erfindung aus
Einfachbeixsgründen mit Rücksicht auf seine Anwendung als Wasserhahn beschrieben
worden. Die Erfindung ist also nicht auf den Wasserhahn begrenzt, sondern bezieht
sich auf alle Hähne für alle möglichen Flüssigkeiten oder Gase.